Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ laser trong công tác trắc địa phục vụ công trình đường hầm

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.2 Cấp hạng thủy chuẩn trong trắc địa công trình đường hầm 23 Bảng 1.3 Quy định sai số trung phương hướng ngang và sai số trung Bảng 3.1 Kết quả đo chi

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS V−¬ng Träng Kha

Hà Nội – 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Vũ Trung Tới

1.2.4.1 Phân loại sai số đào thông hầm và hạn sai cho phép 29 1.2.4.2 Các nguồn sai số đào thông hầm và phân phối chúng 30 1.2.5 Ảnh hưởng của khống chế trắc địa trên mặt đất đối với độ chính

1.2.5.1 Ảnh hưởng sai số đo đường chuyền đối với độ chính xác hướng

1.2.5.2 Ảnh hưởng sai số đo thủy chuẩn trên mặt đất đối với độ chính xác

1.3 Công tác trắc địa trong quá trình thi công đào hầm 37

Chương 2 KHẢO SÁT TÍNH NĂNG KỸ THUẬT MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN

Chương 3 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LASER TRONG CÔNG TÁC TRẮC

3.3 Đo chiều dài bằng Laser ở các khoảng cách khác nhau 68 3.4 Đo chiều dài bằng Laser ở các độ nghiêng khác nhau 69 3.5 Đo chiều dài bằng Laser đến các vật liệu khác nhau 71 3.6 Đo chiều dài bằng Laser đến vật thể trong môi trường độ ẩm khác

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang

Bảng 1.2 Cấp hạng thủy chuẩn trong trắc địa công trình đường hầm 23 Bảng 1.3 Quy định sai số trung phương hướng ngang và sai số trung

Bảng 3.1 Kết quả đo chiều dài chuẩn phục vụ kiểm định chương trình đo

Bảng 3.2 Kết quả đo chiều dài chuẩn so với kết quả đo chiều dài bằng

Bảng 3.3 Kiểm định đo chiều dài bằng Laser ở các độ nghiêng ống kính

Bảng 3.4 Khảo sát đo chiều dài bằng Laser với các vật liệu trong đường

Bảng 3.5 Khảo sát đo chiều dài bằng Laser đến vật thể trong môi trường

Bảng 3.6a Đo chiều dài bằng Laser đến bề mặt phản xạ Gỗ khác nhau 77 Bảng 3.6b Đo chiều dài bằng Laser đến bề mặt phản xạ Đá khác nhau 78 Bảng 3.6a Đo chiều dài bằng Laser đến bề mặt phản xạ Gạch khác nhau 79 Bảng 3.7 Đo chiều dài bằng Laser khi các vật thể tạo với tia Laser những

Bảng 3.9a Đo chiều dài bằng Laser với bảng ngắm màu trắng 84 Bảng 3.9b Đo chiều dài bằng Laser với bảng ngắm màu nâu 85

DANH MỤC HÌNH VẼ Trang

Hình 1.2 Ảnh hưởng của sai số đo góc đối với độ chính xác hướng

Hình 1.3 Ảnh hưởng của sai số đo cạnh đối với độ chính xác hướng

Hình 1.4 Phương pháp trung tuyến đào hầm nằm ngang 37 Hình 1.5 Phương pháp xuyên tuyến đào hầm nằm ngang 38 Hình 1.6 Chỉ hướng đào hầm trong mặt phẳng thẳng đứng 39 Hình 2.1 Máy toàn đạc điện tử Leica Flexline TS02 43

Hình 2.15 Bắt đầu đo 63 Hình 2.16 Cấu tạo các bộ phận đo dài bằng Laser được tích hợp trong

Hình 2.17

Hình 3.1

Sự thay đổi tiết diện Laser (Laser spot) theo khoảng cách đo

Sơ đồ bố trí các điểm chuẩn kiểm định

65

67

MỞ ĐỞU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trắc địa công trình ngầm nói chung là một bộ phận của khoa học kỹ thuật trắc địa Trong suốt quá trình từ khâu thăm dò, thiết kế, xây dựng đến khi đưa vào

sử dụng, thường xuyên có sự tham gia của công tác trắc địa Nội dung chủ yếu của trắc địa là thông qua các phép đo đạc và xử lý kết quả đo để biểu diễn hệ thống đường hầm, phục vụ quá trình thi công xây dựng các công trình dưới mặt đất

So với trắc địa trên mặt đất, các nội dung công tác trắc địa công trình đường hầm phải thực hiện dưới mặt đất, trong các điều kiện đặc thù riêng, đặc biệt là:

- Không gian di chuyển trong đường hầm chật hẹp, khó khăn

- Công tác đo ngắm tiến hành trong điều kiện không có ánh sáng, tối tăm

- Điều kiện làm việc nóng ẩm, thiếu không khí, quá trình đo ngắm lâu trong đường hầm sẽ cảm thấy ngột ngạt

- Nhiều đường hầm đôi khi còn có khả năng lở đất đá, nổ khí luôn tiềm ẩn các tai họa gây nguy hiểm đến tính mạng con người

Cho đến nay, do nhiều nguyên nhân khác nhau, trong các công trình đường hầm ở nước ta, một số nội dung công tác trắc địa vẫn được tiến hành bằng các phương pháp truyền thống Để đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và độ chính xác, các phương pháp trắc địa truyền thống đòi hỏi nhiều thời gian và công sức, thời gian lao động quá dài trong đường hầm ảnh hưởng không nhỏ đến sức khoẻ của người làm công tác trắc địa và xác suất chịu tác động rủi ro cũng tăng cao

Trong những năm vừa qua, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, nhiều thiết bị và công nghệ mới được ứng dụng rộng rãi trong công tác trắc địa nói chung và trắc địa công trình đường hầm nói riêng Việc tiếp tục nghiên cứu các đề tài ứng dụng công nghệ mới vào các nội dung công tác trắc địa công trình đường hầm là hết sức cần thiết, góp phần nâng cao độ chính xác đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, làm giảm thời gian, công sức, và an toàn cho người lao động

Laser là kỹ thuật hiện đại đã được ứng dụng trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực khác nhau Các thiết bị laser cũng đã được ứng dụng trong một số nội dung công tác trắc địa trên mặt đất Với các tính chất như: ánh sáng đơn sắc, cường độ mạnh, độ hội tụ chùm tia lớn, khả năng đo không gương các thiết bị laser trở thành một trong những công cụ phù hợp mang lại hiệu quả kỹ thuật và kinh tế cao nhất cho công tác trắc địa công trình đường hầm Tuy nhiên để triển khai ứng dụng rộng rãi và khảo sát độ chính xác của chúng thì vẫn là một vấn đề cần phải tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện

Từ các yêu cầu và lý do trên đây, việc lựa chọn đề tài luận văn thạc sỹ :

“Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ Laser trong công tác trắc địa phục vụ

công trình đường hầm” là đề tài có cơ sở khoa học xuất phát từ thực tiễn về công

tác trắc địa công trình đường hầm ở Việt Nam

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích chính của đề tài là chứng minh khả năng ưu việt của thiết bị đo Laser trong công tác trắc địa phục vụ công trình đường hầm ở một số nội dung đo chiều dài (khoảng cách) trong hầm nhằm nâng cao độ chính xác, giảm thời gian công sức và an toàn lao động, góp phần nâng cao hiệu quả trong công tác xây dựng công trình đường hầm

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Luận văn tập trung nghiên cứu tổng quan công tác trắc địa trong xây dựng công trình đường hầm, khảo sát tính năng ứng dụng của máy toàn đạc điện tử Leica Flexline TS02

Sau khi nghiên cứu lý thuyết có liên quan, tiến hành khảo sát thực nghiệm ứng dụng để tìm giải pháp tối ưu về trang thiết bị điện tử có tích hợp chương trình

đo Laser một cách hợp lý

4 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được các mục đích đề ra, luận văn tập trung vào các nội dung chính sau:

- Nghiên cứu tổng quan về công tác trắc địa trong xây dựng công trình đường hầm

- Nghiên cứu đặc điểm của tia Laser

- Nghiên cứu các tính năng kỹ thuật máy toàn đạc điện tử Leica Flexline TS02

- Đo đạc thực nghiệm

5 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp thống kê: Thu thập, tổng hợp và xử lý các thông tin, các tài liệu có liên quan

- Phương pháp phân tích: Tổng hợp, xử lý các tài liệu, giải quyết các vấn đề đặt ra

- Phương pháp so sánh: Đối chiếu với kết quả thu được với kết quả đã có để đưa ra kết luận xác thực

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Đánh giá tổng hợp về khả năng ứng dụng thiết bị Laser để đo chiều dài không gương với môi trường khác nhau trong đường hầm

- Giảm được nhiều thời gian, công sức, kinh phí, nâng cao chất lượng an toàn lao động và độ chính xác so với phương pháp truyền thống

- Thể hiện tính ưu việt của công nghệ Laser trong công trình đường hầm Đồng thời rút ra những khuyết điểm nhằm hướng tới sự hoàn thiện của thiết bị công nghệ Laser

- Kết quả nghiên cứu đã khẳng định khả năng và điều kiện ứng dụng từng loại thiết bị laser phù hợp với điều kiện thực tế của công trình đường hầm ở Việt nam

7 Cơ sở tài liệu của luận văn

- Các tài liệu trong lĩnh vực trắc địa công trình ngầm

- Các tài liệu về công nghệ Laser

- Các bài báo, các báo cáo khoa học, đề tài nghiên cứu khoa học liên quan đến nội dung luận văn

- Các tài liệu liên quan khác thu thập từ sách chuyên ngành và Internet

8 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm phần Mở đầu, 3 chương và phần kết luận được trình bày trong

90 trang với 26 hình 15 bảng

Lời cảm ơn!

Để có được kết quả này ngoài sự nỗ lực phấn đấu, tìm tòi nghiên cứu tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn TS Vương Trọng Kha, người đã dìu dắt tôi trong suốt quá trình định hướng đề cương nghiên cứu và làm luận văn

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tập thể thầy cô giáo trong khoa Trắc địa, đặc biệt là bộ môn Trắc địa mỏ, Trung tâm Công nghệ Laser và Môi trường Mỏ - Địa chất, phòng đào tạo sau đại học Trường đại học Mỏ Địa chất cùng bạn bè đồng

nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG CÔNG

TRÌNH ĐƯỜNG HẦM 1.1 Khái niệm về công trình ngầm

1.1.1 Định nghĩa, phân loại công trình ngầm

Công trình ngầm là các loại công trình được xây dựng dưới mặt đất Ví dụ: đường hầm trên các tuyến đường sắt, đường bộ, đường tàu điện ngầm, … là các công trình ngầm tiêu biểu

Dựa vào công dụng, có thể chia công trình ngầm thành các loại:

a Công trình ngầm giao thông vận tải

Bao gồm đường hầm trên các tuyến đường sắt, đường bộ, đường tàu điện ngầm; đường hầm cho khách bộ hành ở thành phố; đường hầm trên tuyến đường thủy; đường hầm vận chuyển nguyên vật liệu từ nơi khai thác đến nhà máy,…

b Công trình ngầm thủy công

Công trình ngầm loại này bao gồm các đường hầm trong hệ thống thủy lợi, thủy điện

c Công trình ngầm công chính

Thuộc công trình loại này là các công trình ngầm đô thị như đường hầm thoát nước, đường ống cấp nước, đường ống dẫn khí, dẫn chất lỏng, cáp ngầm điện lực, thông tin, truyền hình

d Công trình ngầm khai khoáng

Công trình ngầm loại này là các hầm lò để khai khai thác, vận chuyển khoáng sản, lò thông gió của các khu mỏ

e Các công trình ngầm loại khác

Ngoài các công trình ngầm kể trên còn có các công trình khác như các kho tàng, công xưởng ngầm, hầm chứa máy bay, xe cộ, hầm ở các nhà máy gia tốc hạt nhân và các công trình ngầm có công dụng đặc biệt

Dựa vào vị trí xây dựng, có thể chia công trình ngầm thành các loại:

a Công trình ngầm ở vùng núi

b Công trình ngầm ở thành phố

c Công trình ngầm ở dưới đáy nước sông, biển

Sự phân loại công trình ngầm trên chỉ là tương đối, nhằm phân tích đặc điểm

và yêu cầu xây dựng đối với từng loại công trình đòi hỏi công tác trắc địa cần phải đáp ứng

1.1.2 Các giai đoạn thiết kế công trình ngầm

c Thiết kế thi công

Trước hết ta cần thành lập bản đồ thi công và các bản vẽ chi tiết cho việc thi công các phần của công trình ngầm

Trong quá trình thiết kế đường hầm, vấn đề quan trọng là xác định độ cao điểm cao nhất của đường hầm và vị trí cửa hầm Dựa vào mặt cắt dọc của đường hầm, điểm cao nhất có thể là điểm nằm giữa đường hầm hoặc là điểm tại một cửa hầm

Ở vùng núi, chiều dài của đường hầm tuỳ thuộc vào độ cao của nó và độ dốc của địa hình khu vực Độ cao của đường hầm cũng phụ thuộc vào điều kiện địa chất

và ảnh hưởng đến việc sử dụng đường hầm Về mặt thiết kế, độ cao của đường hầm

sẽ ảnh hưởng chiều dài đường dẫn ở hai cửa hầm và độ dốc cho phép của tuyến đường Vì vậy để xác định độ cao của đường hầm cần phải có đầy đủ tư liệu về địa hình, địa chất, khí tượng, thuỷ văn và điều kiện kinh tế công trình

Vị trí cửa hầm được quyết định chủ yếu bởi điều kiện địa hình và địa chất khu vực.Vì vậy trong quá trình thết kế cần phải tìm hiểu toàn diện điều kiện địa hình, địa chất công trình, địa chất thuỷ văn và địa tầng khu vực mà đường hầm xuyên qua

1.1.3 Công nghệ thi công công trình ngầm

Tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất, kích thước mặt cắt của đường hầm và thiết

bị thi công hiện có mà lựa chọn công nghệ thi công thích hợp Đối với đường hầm nông thì đào và xây bằng phương pháp lộ thiên Ở vùng chưa xây dựng thì đào hào,

ở vùng đã xây dựng thì trong hào có bố trí trụ đặt khung chống, tường chắn, …, đào đến đâu thì xây hoặc đổ bê tông đến đó rồi lấp lại

Đối với đường hầm sâu thì thường dùng phương pháp đào ngầm Ở vùng đất mềm, đường tàu điện ngầm thành phố hoặc đường hầm xuyên qua dưới đáy nước thường đào bằng máy kích đẩy, vách hầm được đổ bê tông tại chỗ hoặc được lắp ghép các khoanh kim loại hoặc bê tông đúc sẵn Ở vùng đá cứng, đào hầm bằng phương pháp khoan nổ Trong trường hợp này, để gia cố và làm nhẵn vách hầm người ta thường đóng cọc sắt, đặt lưới thép và phun bê tông

Tuỳ thuộc vào công nghệ thi công đào hầm khác nhau mà ta lựa chọn phương pháp trắc địa thích hợp nhằm bảo đảm xây dựng hầm đúng với thiết kế

1.2 Công tác trắc địa trong xây dựng công trình đường hầm

1.2.1 Đo vẽ bản đồ phục vụ thiết kế đường hầm

Trong giai đoạn thiết kế đường hầm, công tác trắc địa chủ yếu là đo vẽ bản

đồ để cung cấp tài liệu địa hình Tỷ lệ bản đồ cần đo vẽ phụ thuộc vào chiều dài và mục đích sử dụng đường hầm, tuỳ thuộc vào điều kiện địa hình khu vực và giai đoạn thiết kế

Dựa vào yêu cầu đo vẽ bản đồ, có thể chia làm hai trường hợp tương ứng với hai loại đường hầm:

1 Đường tàu điện ngầm thành phố

- Giai đoạn thiết kế sơ bộ: Cần dùng bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 2000 hoặc 1:

5000 Trên bản đồ có vẽ đường đỏ quy hoạch thành phố, các công trình ngầm đã có của thành phố, vị trí lỗ khoan và hào khảo sát địa chất Khi thiết kế ga, lối xuống hầm, giếng đứng và khu vực đào lộ thiên, cần có bản đồ tỷ lệ 1: 500, phạm vi đo vẽ tuỳ theo yêu cầu của đơn vị thiết kế Khoảng cao đều giữa các đường đồng mức là: 0,25m - 0,50m

- Giai đoạn thiết kế kỹ thuật: Cần đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1: 500 dọc theo tuyến đường hầm thiết kế Chiều rộng của dải đo vẽ tuỳ thuộc vào độ sâu của đường hầm

và điều kiện địa chất của khu vực Trong điều kiện bình thường, chiều rộng của dải

đo vẽ cũng không nhỏ hơn 3 lần độ sâu của đường hầm Ở cửa hầm lớn, nơi có nhiều công trình kiến trúc cần có bản đồ tỷ lệ 1: 200 hoặc 1: 100 Trên bản đồ loại này, các góc nhà lớn đều phải đo và xác định toạ độ

- Giai đoạn thiết kế thi công: Không yêu cầu đo vẽ bản đồ, công tác trắc địa chủ yếu lúc này là kiểm tra, đối chiếu hiện trường

2 Đường hầm xuyên núi

Đây là một phần của tuyến đường sắt, đường bộ hoặc của một tuyến vận chuyển nào đó nên vị trí đường hầm đã được xác định khi khảo sát chọn tuyến đường Lúc đó vị trí của đường hầm được xác định sơ bộ trên bản đồ địa hình 1: 10.000 hoặc 1: 50.000

- Giai đoạn thiết kế sơ bộ: Tỷ lệ của bản đồ cần đo vẽ phụ thuộc vào chiều dài đường hầm, cụ thể như sau:

Chiều dài đường hầm L ≤ 2 km, tỷ lệ bản đồ cần đo vẽ là 1: 2000

Chiều dài đường hầm 2 km < L ≤ 5 km, tỷ lệ bản đồ cần đo vẽ là 1:5000 Chiều dài đường hầm L > 5 km, tỷ lệ bản đồ cần đo vẽ là 1: 10.000

Chiều rộng của dải đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1: 2000 - 1: 5000 tuỳ thuộc vào chiều dài của hầm và điều kiện địa chất mà xác định trong khoảng 400m - 1000m Đối với khu vực có địa hình phức tạp thì đo vẽ bản đồ trên dải rộng hơn Khu vực cửa hầm cần đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1: 2000

- Giai đoạn thiết kế kỹ thuật: Cần đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1: 2000 dọc theo tuyến đường hầm, chiều rộng dải đo vẽ khoảng 200m - 400m Khu vực cửa hầm và giếng đứng cần đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1: 1000 hoặc 1: 500

1.2.2 Phương pháp bố trí đường hầm

Bố trí đường hầm thực chất là chuyển trục đường hầm từ bản thiết kế ra thực địa Để bố trí đường hầm ta có hai phương pháp sau:

1 Ph ương pháp hình học hay còn gọi là phương pháp trực tiếp

Trong phương pháp này, vị trí mặt bằng của trục đường hầm được vạch và đánh dấu trực tiếp trên mặt đất dùng làm căn cứ cho thi công đường hầm

- Đối với đường hầm thẳng:

Giả thiết A và D là hai điểm đã biết trên trục hầm tại hai cửa hầm, nhưng không thể nhìn thông nhau Cần xác định hai điểm B và C trên hướng trục hầm để làm căn cứ chỉ hướng đào hầm

Hình 1.1 Phương pháp trực tiếp bố trí đường hầm

Dựa vào toạ độ thiết kế của A và D ta tính được phương vị của AD Trên thực địa ta chọn điểm B’ nằm trên hướng AD với khả năng có thể Tại B’ đặt máy kinh vĩ và dùng phương pháp thuận đảo ống kính để kéo dài đoạn AB’ đến C’ Đặt máy kinh vĩ tại C’, dùng phương pháp thuận đảo ống kính để kéo dài B’C’ đến D’ Điểm D’ chệch so với điểm D một đoạn DD’ trên thực địa Đo chiều dài AB’, B’C’, C’D’ bằng phương pháp thị cự hoặc đo trên bản đồ, ta tính được:

' '

' '

AC AD

DD

CC =

để điều chỉnh vị trí điểm C’ về điểm C

Sau đó đặt máy tại C, kéo dài DC đến B và từ B kéo dài CB đến A Lần này điểm A được xác định trên đường kéo dài, ký hiệu là A’, có thể vẫn chưa trùng với

điểm A đã biết Đo trực tiếp độ lệch AA’ Ta tính và điều chỉnh vị trí các điểm B, C cho đến khi hai điểm B, C thực sự nằm trên hướng trục AD

Cuối cùng đóng cọc đánh dấu hai điểm B, C trên thực địa để làm căn cứ thi công đường hầm

- Đối với đường hầm cong:

Dựa vào các yếu tố đường cong đã thiết kế, theo phương pháp bố trí đường cong để vạch và đánh dấu trục đường hầm trên thực địa với độ chính xác theo yêu cầu Sau đó đo lại chính xác hơn chiều dài và góc ngoặt của trục hầm làm căn cứ thi công đường hầm

* Ưu điểm của phương pháp:

- Không cần lập lưới khống chế trắc địa

- Việc đo đạc đơn giản

- Không phải tính toán phức tạp

* Nhược điểm của phương pháp:

- Độ chính xác khó bảo đảm thông hầm đối hướng trong điều kiện địa hình vùng núi hoặc thành phố, rất khó khăn cho việc đo đạc và bố trí

Chính vì lý do đó mà phương pháp này chỉ ứng dụng để bố trí đường hầm ngắn trong giao thông và các công trình thuỷ lợi - thuỷ điện khi điều kiện địa hình không phức tạp và yêu cầu độ chính xác không cao

2 Ph ương pháp giải tích

Trong phương pháp này, sau khi thiết kế đường hầm, người ta thành lập cơ

sở trắc địa mặt bằng và độ cao trên mặt đất Từ đó xác định được vị trí tương hỗ của hai cửa hầm và toạ độ các điểm trên trục hầm trong hệ toạ độ thi công đường hầm

Trong quá trình thi công, chuyền toạ độ và độ cao từ trên mặt đất xuống hầm qua cửa hầm, hầm bằng, giếng đứng, giếng nghiêng Từ đó lập cơ sở trắc địa trong hầm Vị trí các điểm trên trục đường hầm và các kiến trúc trong hầm đều được bố trí trên cơ sở hệ toạ độ và độ cao này

* Nhược điểm của phương pháp:

- Việc đo đạc, tính toán trở lên phức tạp

* Ưu điểm của phương pháp:

- Hạn chế sự tích luỹ sai số đo đạc và bảo đảm độ chính xác thông hầm đối hướng cũng như độ chính xác của các công trình kiến trúc nằm sâu trong lòng đất

Do đó phương pháp giải tích là phương pháp bố trí đáng tin cậy và được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng đường hầm

1.2.3 Cơ sở trắc địa trong xây dựng đường hầm

Nhiệm vụ của công tác trắc địa trong xây dựng đường hầm là đảm bảo đào thông hầm đối hướng với độ chính xác theo yêu cầu Ngoài ra cần đảm bảo xây dựng các công trình kiến trúc trong hầm đúng với hình dạng, kích thước thiết kế, quan trắc biến dạng các công trình trong lúc thi công cũng như khi sử dụng đường hầm

Để đảm bảo yêu cầu đó, ta cần thành lập cơ sở trắc địa trong xây dựng công trình đường hầm với các nội dung chủ yếu sau:

- Xây dựng hệ thống khống chế trắc địa trên mặt đất

- Định hướng cơ sở trắc địa trong hầm

- Thành lập khống chế trắc địa trong hầm

1.2.3.1 Xây dựng hệ thống khống chế trắc địa trên mặt đất

Quá trình thành lập lưới khống chế trắc địa trên mặt đất cần phải được hoàn thành trước khi bắt đầu đào hầm

Tuỳ thuộc vào chiều dài, hình dạng của đường hầm, điều kiện địa hình khu vực và thiết bị đo đạc hiện có mà lưới khống chế mặt bằng có thể được thành lập dưới dạng lưới tam giác đo góc, lưới tam giác đo cạnh, lưới đo góc-cạnh, đường chuyền hoặc lưới GPS Các điểm chủ yếu của trục đường hầm phải được bao gồm trong lưới khống chế đó Hệ toạ độ của lưới khống chế thường lấy trục y trùng với trục hầm (nếu đường hầm thẳng), hoặc trục y trùng với một tiếp tuyến tại điểm đào thông hầm (nếu đường hầm cong)

Để thành lập khống chế độ cao, ta thường thành lập các tuyến thuỷ chuẩn xuất phát từ điểm thuỷ chuẩn nhà nước và có thể tạo thành lưới Tại các cửa hầm và gần kề các miệng giếng cần có các mốc độ cao

1 Lưới khống chế cơ sở mặt bằng

Tuỳ thuộc vào quy định sai số hướng ngang đào thông hầm, điều kiện địa hình khu vực và kinh phí thành lập lưới mà ta có thể thành lập loại lưới nào phù hợp nhất Đối với đường hầm tương đối dài, đầu tư tương đối lớn thì ta cần thành lập nhiều phương án thiết kế lưới và tiến hành thiết kế tối ưu hoá lưới khống chế

a Lưới tam giác trên mặt đất

Trong xây dựng công trình đường hầm, lưới tam giác trên mặt đất thường được sử dụng rộng rãi là lưới đo góc-cạnh Tiêu chuẩn độ chính xác của lưới chính

là “giá trị ảnh hưởng” đối với độ chính xác hướng ngang đào thông hầm đối hướng

Các nguyên tắc thành lập lưới tam giác:

- Chuỗi tam giác nên có dạng duỗi thẳng Đối với đường hầm cong thì các điểm đầu và điểm cuối của đường cong, điểm ngoặt trên các đoạn thẳng phải được bao gồm trong chuỗi tam giác

- Số lượng hình tam giác và số lượng điểm khống chế trên đường tính chuyền nên ít nhất

- Có thể giảm yêu cầu về cường độ đồ hình của các tam giác (chẳng hạn như không cần phải thoả mãn quy định góc đối diện với cạnh tính chuyền chiều dài phải lớn hơn 300)

- Các chỉ tiêu kỹ thuật của lưới tam giác được qui định trong (bảng 1.1)

B ảng 1.1 Chỉ tiêu kỹ thuật của lưới tam giác

Góc giữa các hướng cùng cấp không nhỏ hơn 200 200 200

Số lượng tam giác giữa các cạnh khởi tính 10 10 10 Sai số khép góc lớn nhất trong tam giác 20” 20” 20” Sai số trung phương đo góc tính theo sai số khép

Sai số trung phương cạnh khởi tính 1: 50.000 1: 30.000 1: 15.000 Sai số tương đối cạnh yếu nhất 1: 30.000 1: 15.000 1: 8.000

b Đường chuyền đa giác trên mặt đất

Đường chuyền đa giác trên mặt đất thường được dùng để làm khống chế độc lập Cho đến nay đường chuyền đa giác ít được áp dụng, nguyên nhân chính là do công tác đo chiều dài cạnh gặp nhiều khó khăn Gần đây, cùng với sự phát triển phổ biến của máy đo dài điện tử đường chuyền đa giác ngày càng được thay thế, đặc biệt trong những điều kiện địa hình khó khăn mà phương pháp tam giác không thực hiện được

Nguyên tắc thành lập đường chuyền:

- Đối với đường hầm thẳng, để giảm ảnh hưởng sai số đo cạnh đường chuyền đến độ chính xác hướng ngang đào thông hầm thì cố gắng thành lập đường chuyền dọc theo các trục hầm Số lượng điểm đường chuyền không nên quá nhiều để giảm ảnh hưởng sai số đo góc đến độ chính xác hướng ngang đào thông hầm

- Đối với đường hầm cong, đường chuyền cũng nên có dạng duỗi thẳng dọc theo đường thẳng nối hai cửa hầm nhưng điểm đầu, điểm cuối của đường cong và

hai điểm trên tiếp tuyến của đường cong cũng phải được bao gồm trong đường chuyền

- Trong trường hợp có hầm bằng, giếng đứng, giếng nghiêng thì đường chuyền cần đi qua các miệng hầm để giảm bớt các điểm chuyền vào miệng hầm

- Các góc ngoặt của đường chuyền phải lớn hơn 1350, chiều dài cạnh lớn hơn 250m, việc đo góc phải được tiến hành với các máy móc có độ chính xác cao, sai số khép góc phải thoả mãn:

- Đối với đường hầm cong, các điểm chủ yếu như điểm đầu, điểm cuối và hai điểm trên mỗi tiếp tuyến của đường cong cũng phải là lưới GPS

2 Lưới khống chế độ cao trên mặt đất.

Cấp hạng thuỷ chuẩn để thành lập lưới khống chế độ cao trên mặt đất không chỉ phụ thuộc vào chiều dài đường hầm mà quan trọng hơn là phụ thuộc vào địa hình khu vực đường hầm vì chiều dài của tuyến thuỷ chuẩn phụ thuộc vào điều kiện địa hình đó

Cấp hạng thuỷ chuẩn trong trắc địa công trình đường hầm được quy định trong (bảng 1.2) sau:

B ảng 1.2 Quy định cấp hạng thủy chuẩn trong trắc địa công trình đường hầm

S3 Mia gỗ chia khoảng cm

Khi đo thuỷ chuẩn trên mặt đất, dùng độ cao điểm đã có trong giai đoạn định tuyến làm độ cao khởi tính Ở mỗi miệng hầm có ít nhất hai mốc thuỷ chuẩn Tuyến thuỷ chuẩn nên tạo thành vòng khép hoặc lập hai tuyến độc lập xuất phát từ điểm thuỷ chuẩn đã biết độ cao ở miệng hầm này đến điểm ở miệng hầm khác

1.2.3.2 Định hướng cơ sở trắc địa trong hầm

Định hướng hay còn gọi là đo đạc liên hệ hoặc đo nối là quá trình chuyền toạ

độ và phương vị từ hệ thống khống chế trắc địa mặt bằng trên mặt đất xuống hầm

để tạo số liệu khởi tính cho cơ sở trắc địa trong hầm

Thực hiện công tác định hướng sẽ tạo ra sự thống nhất trong một hệ thống toạ độ của lưới trắc địa trên mặt đất và dưới hầm Sự thống nhất về hệ toạ độ trên mặt đất và dưới hầm là yêu cầu hàng đầu để có được độ chính xác và độ tin cậy trong việc đo vẽ thành lập bản đồ trong hầm, đảm bảo thực hiện các công việc quan trọng về kỹ thuật như đào thông hầm đối hướng, bố trí các công trình quan trọng trong hầm và nhiều nhiệm vụ khác,

Việc định hướng có thể được thực hiện qua cửa hầm, hầm bằng, giếng đứng hoặc giếng nghiêng Trong đó định hướng qua giếng đứng hoặc giếng nghiêng sẽ phức tạp hơn

1.2.3.3 Thành lập khống chế trắc địa trong hầm

Khống chế trắc địa trong hầm bao gồm đường chuyền và thuỷ chuẩn

1 Đặc điểm và phương pháp thành lập đường chuyền trong hầm

Đường chuyền trong hầm phải được thành lập với độ chính xác cần thiết và cùng chung trong hệ toạ độ thống nhất với khống chế trên mặt đất để chỉ hướng đào hầm, bố trí trục tim hầm bảo đảm thông hầm đối hướng với độ chính xác theo quy định

Điểm và phương vị khởi đầu của đường chuyền trong hầm là điểm và phương vị của lưới khống chế mặt đất ở cửa hầm hoặc được chuyển từ mặt đất xuống hầm qua giếng đứng, giếng nghiêng hoặc hầm bằng

Đường chuyền trong hầm có những đặc điểm chủ yếu sau:

* Hình dạng của đường chuyền phụ thuộc vào hình dạng của đường hầm

* Đường chuyền trong hầm là đường chuyền nhánh, được phát triển theo tiến

độ đào hầm Vì vậy không thể đo toàn bộ đường chuyền cùng một lúc mà phải đo ở hai điểm cuối kề nhau trong quá trình phát triển, muốn kiểm tra phải đo lại

* Đường chuyền trong hầm được thành lập theo cách phân cấp từ độ chính xác thấp đến độ chính xác cao

Đường chuyền trong hầm phải thoả mãn hai yêu cầu sau đây:

- Vị trí điểm đường chuyền phải ở gần gương hầm để tiện chỉ hướng đào hầm và bố trí gương hầm Như vậy cạnh đường chuyền phải ngắn, số góc ngoặt nhiều

- Sai số hướng ngang của đường chuyền ở mặt đào thông không được vượt quá giá trị quy định Như vậy cạnh đường chuyền phải dài, số góc ngoặt ít

Để thoả mãn cả hai yêu cầu này, đường chuyền trong hầm được thành lập 3 cấp (không kể đường chuyền tiệm cận):

- Đường chuyền thi công, có cạnh dài khoảng 25 – 50m

- Đường chuyền cơ bản, có cạnh dài khoảng 50 – 100m

- Đường chuyền chủ yếu, có cạnh dài khoảng 150 – 800m

Điểm của đường chuyền cấp cao thường là điểm của đường chuyền cấp thấp

* Độ chính xác phương vị khởi đầu của đường chuyền trong hầm có khi còn thấp hơn độ chính xác đo góc của đường chuyền Sau khi đào thông hầm, hai tuyến đường chuyền nhánh tạo thành đường chuyền phù hợp Khi bình sai đường chuyền phù hợp này phải xét đến sai số của phương vị khởi đầu (sai số số liệu gốc)

Tuỳ trường hợp cụ thể có thể bỏ cấp đường chuyền chủ yếu, tức là trên cơ sở đường chuyền thi công trực tiếp thành lập đường chuyền cạnh dài Trên đoạn hầm thẳng, chiều dài cạnh đường chuyền không ngắn hơn 200m; trên đoạn hầm cong, chiều dài cạnh đường chuyền không ngắn hơn 70m

Các quy tắc kỹ thuật khi thành lập đường chuyền trong hầm:

- Đường chuyền trong hầm cố gắng thành lập dọc theo trục tim hầm hoặc lệch trục tim hầm một khoảng thích hợp, có các cạnh xấp xỉ bằng nhau Các điểm đường chuyền được chọn ở nơi an toàn, ổn định, ít bị ảnh hưởng do thi công, điều kiện nhìn thông tốt, tia ngắm phải cách chướng ngại vật trên 0,2m Đối với đường hầm dài có tiết diện lớn có thể lập đường chuyền tạo thành vòng khép kín hoặc đường chuyền chính và đường chuyền phụ tạo thành vòng khép kín Trong trường hợp có đường hầm dẫn song song với hầm chính thì đường chuyền đơn trong hầm dẫn cùng với đường chuyền trong hầm chính tạo thành vòng khép để có điều kiện kiểm tra, nâng cao độ chính xác

- Chiều dài cạnh của đường chuyền cạnh dài cần được thiết kế theo yêu cầu

độ chính xác đào thông hầm Mỗi lần đo để xác định một điểm mới của đường chuyền cần phải đo kiểm tra điểm đường chuyền đã lập trước đó; ở đoạn đường thẳng chỉ cần đo kiểm tra góc; ở đoạn cong cần đo kiểm tra cả góc và cạnh

- Khi đo góc cần cố gắng giảm thiểu ảnh hưởng sai số định tâm máy và định tâm tiêu bằng cách định tâm lại máy và tiêu giữa các vòng đo hoặc dùng mốc có cấu tạo định tâm bắt buộc Khi quan trắc, dùng phương pháp hai lần ngắm hai lần đọc

số Nếu tiêu ngắm là dây dọi thì đằng sau nó nên đặt phông sáng Khi cạnh đường chuyền tương đối dài thì có thể dùng bảng ngắm, nhưng phải chiếu sáng mục tiêu bằng nguồn sáng đủ mạnh để bảo đảm độ chính xác

- Nếu là lưới đường chuyền được tạo thành bởi các vòng khép đều phải được bình sai để tính toạ độ các điểm của đường chuyền Sau khi đã đào thông hầm thì cần phải đo lại đường chuyền cạnh dài trong hầm và bình sai để từ đó xác định trục tim hầm

- Đối với đường hầm có dạng hình xoắn ốc, không thể thành lập đường chuyền cạnh dài được thì mỗi lần phát triển đường chuyền về phía trước phải đo lại

từ cửa hầm Độ chính xác đo lại phải tương đương như độ chính xác đo trước đó, khi chứng tỏ rằng điểm đường chuyền không bị dịch chuyển thì lấy vị trí điểm trung bình

- Trong hầm dài có thiết diện lớn, đường chuyền không phải là đường chuyền nhánh mà tạo thành vòng khép, các điểm đường chuyền không đặt đúng trên trục tim hầm mà ở nơi ổn định, tiện đo ngắm, nhìn thông tốt, ít bị trở ngại do các hoạt động thi công trong hầm

2 Thiết kế độ chính xác đo đường chuyền trong hầm

Trên thực tế thường thiết kế độ chính xác đo đường chuyền trong từng đoạn hầm đào đối hướng và có thể lấy độ chính xác cao nhất làm chỉ tiêu độ chính xác đo đường chuyền trong tất cả các đoạn của đường hầm

Đối với hầm thẳng hoặc hầm cong có bán kính rất lớn, đường chuyền trong hầm đều có thể xem là duỗi thẳng Nếu chiều dài các cạnh đường chuyền xấp xỉ như nhau thì sai số trung phương vị trí điểm cuối của đường chuyền nhánh trong hầm được tính theo công thức:

3

5 , 1

2

2 2

''

β

m là sai số trung phương đo góc của đường chuyền;

mS là sai số trung phương đo cạnh của đường chuyền;

Theo nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau và tuỳ trường hợp cụ thể ta có giá trị thiết kế của sai số trung phương đo góc đường chuyền trong hầm:

3

.58,

0 '' ''

+

=

n S

3

.50,

0 '' ''

+

=

n S

3

.45,

0 '' ''

+

=

n S

n

M

Nếu vẫn theo nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau đối với sai số hướng ngang

và sai số hướng dọc của đường chuyền thì giá trị thiết kế của sai số trung phương đo cạnh đường chuyền được tính theo các công thức tương ứng sau:

2 2

D + là khoảng cách từ điểm cuối đến điểm i của đường hầm

Theo nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau đối với sai số hướng ngang và sai số hướng dọc; đối với sai số đo góc và sai số đo cạnh, thì giá trị thiết kế của sai số trung phương đo góc đường chuyền trong hầm được tính theo công thức:

[ 2 ]

, 1

'' '' 0 , 58

i n

q

D

M m

'' '' 0 , 50

i n

q

D

M m

+

hoặc

[ 2 ]

, 1

'' '' 0 , 45

i n

q

D

M m

3 Đo thuỷ chuẩn trong hầm

Mục đích đo thuỷ chuẩn trong hầm là thành lập hệ thống độ cao trong hầm thống nhất với hệ độ cao trên mặt đất, làm căn cứ thi công đường hầm, đảm bảo độ chính xác đào thông hầm về độ cao qui định Điểm khởi đầu của thuỷ chuẩn trong hầm là điểm thuỷ chuẩn ở cửa hầm hoặc điểm thuỷ chuẩn được chuyền độ cao từ mặt đất xuống hầm qua hầm bằng, giếng đứng, giếng nghiêng

Cấp hạng của thuỷ chuẩn trong hầm tuỳ thuộc vào yêu cầu độ chính xác đào thông hầm về độ cao và chiều dài đoạn hầm đào đối hướng

Tuỳ thuộc vào điều kiện thi công đào hầm mà thuỷ chuẩn trong hầm có những đặc điểm sau:

- Tuyến thuỷ chuẩn thường trùng với tuyến đường chuyền trong hầm Khi đường hầm chưa đào thông thì tuyến thuỷ chuẩn trong hầm là tuyến nhánh Do đó phải đo đi đo về hoặc đo nhiều lần để kiểm tra

- Thường lấy điểm đường chuyền ở vách hầm hoặc ở nền hầm làm điểm thuỷ chuẩn trong hầm Nhưng cũng có khi chôn mốc thuỷ chuẩn ở đỉnh hầm

- Tuyến thuỷ chuẩn được phát triển theo tiến độ đào hầm Để đáp ứng yêu cầu thi công đào hầm, lúc đầu lập các điểm thuỷ chuẩn tạm thời (trùng với các điểm đường chuyền thi công) với độ chính xác thấp, sau đó mới lập các điểm thuỷ chuẩn vĩnh cửu với độ chính xác cao Khoảng cách giữa các điểm thuỷ chuẩn vĩnh cửu thường là 200m ÷ 500m

Phương pháp đo thuỷ chuẩn trong hầm cũng như trên mặt đất, thường là thuỷ chuẩn hình học đo từ giữa Do điều kiện nhìn thông trong hầm không tốt nên khoảng cách từ máy đến mia không nên lớn hơn 50m

Trong quá trình đào hầm về phía trước cần phải đo đi đo về tuyến thuỷ chuẩn nhánh Nếu chênh lệch giữa hiệu độ cao đo đi đo về nằm trong hạn sai cho phép thì lấy trị trung bình để tính độ cao của các điểm thuỷ chuẩn

1.2.4 Sai số đào thông hầm

1.2.4.1 Phân loại sai số đào thông hầm và hạn sai cho phép

Trong thi công đào hầm, do sai số của lưới khống chế trên mặt đất, sai số đo liên hệ, sai số của lưới khống chế trong hầm và sai số bố trí chi tiết trên hai trục tim hầm đào đối hướng không thể gặp nhau chính xác tuyệt đối được mà có một độ lệch nhất định gọi là sai số đào thông hầm đối hướng (ký hiệu là ∆, sai số trung phương tương ứng là M)

Hình chiếu của độ lệch đó trên hướng trục hầm gọi là sai số hướng dọc (ký hiệu là ∆l, sai số trung phương tương ứng là Ml); hình chiếu trên hướng vuông góc với trục hầm trong mặt phẳng nằm ngang gọi là sai số hướng ngang (ký hiệu là ∆q, sai số trung phương tương ứng là Mq); hình chiếu trên phương thẳng đứng gọi là sai

số độ cao (ký hiệu là ∆h, sai số trung phương tương ứng là Mh)

Sai số độ cao ảnh hưởng đến độ dốc của đường hầm Tuy nhiên với kỹ thuật

đo cao hiện nay thì dễ dàng đáp ứng được yêu cầu độ chính xác về độ cao

Trên thực tế, sai số hướng ngang là quan trọng và đáng chú ý nhất Nếu sai

số hướng ngang vượt quá một giá trị nào đó thì sẽ làm thay đổi dạng hình học của đường hầm; nếu vượt quá giới hạn quy định thì phải đào hoặc xây lại để điều chỉnh, gây tổn thất cho công trình

Các hạn sai đào thông hầm đối hướng thường lấy bằng hai lần sai số trung phương tương ứng

Sai số trung phương hướng dọc cho phép được quy định:

Ml ≤

4000

L

trong đó L là chiều dài đoạn hầm đào đối hướng

Sai số trung phương hướng ngang và sai số trung phương độ cao cho phép khi đào hầm đối hướng được quy định như bảng (1.3) sau:

B ảng 1.3 Quy định sai số trung phương hướng ngang và sai số trung phương

độ cao khi đào hầm đối hướng

Chiều dài đoạn hầm

đào đối hướng (km) < 4 4 - 8 8 - 10 10 - 13 13 - 17 17 - 20

Sai số trung phương

Tuy nhiên trên thực tế cần phải dựa vào điều kiện cụ thể của từng đường hầm

để xét các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác đào thông hầm đối hướng Nói chung, điều kiện thành lập khống chế mặt bằng trên mặt đất thuận lợi hơn trong hầm Do đó yêu cầu độ chính xác của khống chế trên mặt đất có thể cao hơn yêu cầu độ chính xác của đường chuyền trong hầm Từ đó thường cho rằng ảnh hưởng sai số của khống chế trên mặt đất tương đương với ảnh hưởng sai số của một tuyến đường chuyền nhánh trong và chúng độc lập đối với nhau Còn ảnh hưởng của sai

số đo liên hệ (định hướng) cũng có các trường hợp cụ thể khác nhau Nếu đo liên hệ qua cửa hầm thì coi như không có sai số; nếu đo liên hệ qua giếng đứng thì phải xét đến nguồn sai số đó; nếu đo liên hệ qua hầm bằng (hoặc giếng nghiêng) thì tuỳ thuộc vào chiều dài của hầm bằng (hoặc giếng nghiêng) để xét nguồn sai số trong trường hợp cụ thể đó

a Đối với đường hầm thẳng

Các nguồn sai số sau đây ảnh hưởng đến độ chính xác hướng ngang đào thông hầm đối hướng:

- Sai số hướng ngang của khống chế trắc địa trên mặt đất, ký hiệu là m1(sai

số trung phương)

- Sai số hướng ngang của đo liên hệ (định hướng)

Nếu đoạn hầm đào đối hướng được định hướng qua hai cửa hầm thì xem như không có sai số này

Nếu định hướng qua một cửa hầm và một giếng đứng (hoặc giếng nghiêng hoặc hầm bằng phụ dài) thì có sai số hướng ngang của định hướng qua giếng đứng

Đối với đoạn hầm được định hướng qua hai cửa hầm:

5

2 4

2

m + + (1.13) Đối với đoạn hầm được định hướng qua một cửa hầm và một giếng đứng:

5

2 4

2 2

2

m + + + (1.14) Đối với đoạn hầm được định hướng qua hai giếng đứng:

5

2 4

2 3

2 2

2

m + + + + (1.15)

b Đối với đường hầm cong

Trong trường hợp đường hầm cong thì sai số hướng ngang và hướng dọc của

cơ sở trắc địa đều có ảnh hưởng đến độ chính xác hướng ngang đào thông hầm đối hướng Vì vậy trong vế phải của các công thức (1.13), (1.14), (1.15) phải được thay

thế bằng sai số trung phương tổng hợp hướng dọc và hướng ngang của các nguồn sai số tương ứng, tức là: '

1

m , ' 2

m , ' 3

m , ' 4

m , ' 5

m Nếu giả thiết sai số trung phương hướng dọc bằng sai số trung phương hướng ngang, ta có:

' 2

i

m = (i = 1, 2, 3, 4, 5)

2 Nguyên tắc phân phối các nguồn sai số

Trên thực tế thi công thường cần phải phân phối thoả đáng sai số cho phép đào thông hầm đối hướng cho các nguồn sai số thành phần, như thế phương án trắc địa mới có tính khả thi và hiệu quả cao Có hai nguyên tắc phân phối: nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau và nguyên tắc ảnh hưởng không bằng nhau

a Nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau

Nếu điều kiện thực tế cho phép dự đoán các nguồn sai số thành phần có ảnh hưởng xấp xỉ như nhau đến độ chính xác hướng ngang đào thông hầm đối hướng thì

từ các công thức (1.13), (1.14), (1.15), ta có các công thức tương ứng:

m1 = m4 = m5 =

2

.58,

0 M q

= 0,31.Mq (1.21)

`trong đó Mq là sai số trung phương hướng ngang cho phép đào thông hầm đối hướng

b Nguyên tắc ảnh hưởng không bằng nhau

Nếu dựa vào điều kiện thực tế như dạng lưới thiết kế, máy móc thiết bị hiện

có, phương pháp đo, …, có thể dự tính trước ảnh hưởng của một số nguồn sai số thành phần thì thay số liệu đó vào vế phải của công thức (1.13) hoặc (1.14) hoặc (1.15) và áp dụng nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau đối với các nguồn sai số còn lại

để tính

3 Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác về độ cao đào thông hầm Trong đào thông hầm, các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác độ cao bao gồm:

- Sai số của khống chế độ cao trên mặt đất, ký hiệu là mh1

- Sai số chuyền độ cao từ mặt đất xuống hầm Đối với đoạn hầm đào đối hướng: nếu chuyền độ cao qua hai cửa hầm thì xem như không có sai số này; nếu chuyền độ cao qua một cửa hầm và một giếng đứng thì có sai số chuyền độ cao qua giếng đứng đó, ký hiệu là mh2; nếu chuyền độ cao qua hai giếng đứng thì có sai số chuyền độ cao qua hai giếng đứng ký hiệu là mh2 và mh3

- Sai số của khống chế độ cao trong hầm, tức là sai số của hai tuyến thuỷ chuẩn nhánh trong hầm, ký hiệu là mh4 và mh5

Với giả thiết các nguồn sai số độc lập với nhau, thì sai số trung phương tổng hợp độ cao ở chỗ đào thông hầm đối hướng sẽ tuỳ trường hợp mà được tính theo các công thức sau:

Đối với đoạn hầm mà độ cao được chuyền qua hai cửa hầm:

5

2 4

2 2

2 3

2 2

2

Nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau và nguyên tắc ảnh hưởng không bằng nhau cũng được áp dụng để phân phối sai số trung phương cho phép về độ cao ở chỗ đào thông hầm đối hướng cho các nguồn sai số độ cao thành phần

1.2.5 Ảnh hưởng của khống chế trắc địa trên mặt đất đối với độ chính xác đào thông hầm

1.2.5.1 Ảnh hưởng sai số đo đường chuyền đối với độ chính xác hướng ngang

Ry3

Ry4 0

Như vậy, ảnh hưởng sai số đo gúc đối với độ chớnh xỏc hướng ngang đào thụng hầm sẽ là:

1'mS

dxPP'

Mặt

đào thông

mxs1

Hỡnh 1.3 Ảnh hưởng của sai số đo cạnh đối với độ chớnh xỏc hướng ngang đào thụng hầm

Từ (hỡnh 1.3) nếu đo cạnh S của đường chuyền với sai số trung phương là mS

thỡ ảnh hưởng của nú đối với độ chớnh xỏc hướng ngang đào thụng hầm sẽ là:

X s

S

m PP

trong đú S là chiều dài cạnh đường chuyền

Nếu cạnh đường chuyền đều được đo với sai số trung phương tương đối là

S

m S''

, thỡ ảnh hưởng của sai số đo cạnh đường chuyền đến độ chớnh xỏc hướng ngang đào thụng hầm sẽ được tớnh:

''

X S

Có thể cho rằng ảnh hưởng sai số đo góc và đo cạnh đường chuyền đối với

độ chính xác hướng ngang đào thông hầm là độc lập với nhau, ta có:

2 2

xs x

2

''

''

X S

y

S

m R

m m

R là chiều dài đoạn tuyến thuỷ chuẩn tính theo đơn vị km;

n là số lượng đoạn tuyến thuỷ chuẩn;

Do đó ảnh hưởng sai số đo thuỷ chuẩn trên mặt đất đối với độ chính xác độ cao đào thông hầm có thể tính theo công thức:

mh = m0 L (1.34) với L là tổng chiều dài tuyến thuỷ chuẩn trên mặt đất, tính theo đơn vị km;

1.3 Công tác trắc địa trong quá trình thi công đào hầm

1.3.1 Chỉ hướng đào hầm trong mặt phẳng nằm ngang

Dựa vào phương pháp và trình tự thi công đào hầm, thường có hai phương pháp đào hầm: phương pháp trung tuyến và phương pháp xuyên tuyến

1 Phương pháp trung tuyến

Hình 1.4 Ph ương pháp trung tuyến đào hầm nằm ngang

Khi đào toàn bộ thiết diện hầm thì dùng phương pháp trung tuyến Đầu tiên dựa vào các điểm đường chuyền để bố trí các điểm trên trung tuyến Giả sử P4, P5 là các điểm đường chuyền trong hầm đã biết toạ độ; A là điểm trên trung tuyến của đường hầm, đã có toạ độ thiết kế Phương vị thiết kế αAD của trung tuyến cũng đã biết

Từ số liệu đã biết, có thể tính các yếu tố cần thiết β5, L và β để bố trí điểm A

A trên trung tuyến

5

5

5

P A

P A A

P

X X

Y Y arctg

5 αP A αP P

5

.P A AD

L =

A P

P A

A P

P

Y

5

5

5

đường hầm Mốc A cũng có kết cấu và được chôn như các điểm đường chuyền trong hầm

Khi chỉ hướng đào hầm, đặt máy tại A, ngắm định hướng đến điểm P5 bố trí góc βAta được hướng của trung tuyến Theo tiến độ đào hầm, gương hầm càng tiến

về phía trước thì khoảng cách từ A đến gương hầm càng xa Lúc đó cần kéo dài trung tuyến và đặt mốc mới như điểm D Muốn vậy đặt máy kinh vĩ tại D, ngắm A

để định hướng, dùng phương pháp thuận đảo ống kính để xác định trung tuyến, chỉ hướng đào hầm tiếp Khoảng cách AD trên đường thẳng không vượt quá 100 m; trên đường cong không vượt quá 50 m

Để bố trí điểm trên đường kéo dài trung tuyến, nếu là đường thẳng thì dùng phương pháp thuận đảo ống kính; nếu là đường cong thì dùng phương pháp góc lệch hoặc dùng phương pháp dây cung kéo dài Khi dùng hai phương pháp để kiểm tra trung tuyến kéo dài thì độ lệch hướng ngang vị trí điểm không được lớn hơn 5

mm Nếu vượt hạn sai này thì kiểm tra điểm kế tiếp sau cho đến đạt hạn sai và từ đó định lại trung tuyến về phía trước

2 Phương pháp xuyên tuyến

D

Hình 1.5 Ph ương pháp xuyên tuyến đào hầm nằm ngang

Trong phương pháp này người ta treo hai dây dọi trên hai điểm trung tuyến tạm thời, dùng mắt thường trực tiếp xác định hướng đào hầm

Đầu tiên dùng phương pháp tương tự như phương pháp trung tuyến đã trình bày ở trên để có 3 điểm trung tuyến tạm thời B, C, D trên đỉnh hầm hoặc nền hầm

dẫn Khoảng cách giữa hai hai điểm trung tuyến tạm thời không nhỏ hơn 5 m Khi xác định hướng đào, một người ở điểm giữa B chỉ huy người cầm đèn pin ở gương hầm dẫn sao cho điểm sáng nằm trên đường kéo dài của trung tuyến đi qua B, C, D Sau đó dùng sơn đỏ đánh dấu vị trí điểm sáng đèn pin, ta được vị trí trung tuyến trên gương hầm dẫn

Trong quá trình định hướng vì dùng mắt thường nên sai số tương đối lớn Do

đó khoảng cách từ điểm B đến gương hầm dẫn không được vượt quá 30 m Khi gương hầm tiếp tục tiến về phía trước thì dùng máy kinh vĩ để kéo dài trung tuyến tạm thời, xác định hai điểm khác nhau trên trung tuyến tạm thời và tiếp tục dùng phương pháp xuyên tuyến để chỉ hướng đào hầm

Khi hầm đã đào được một đoạn tương đối dài, đường chuyền trong hầm theo

đó đã phát triển, để đảm bảo chính xác hướng đào hầm ta cần phải dựa vào điểm đường chuyền để kiểm tra các điểm trung tuyến kịp thời điều chỉnh hướng đào hầm

1.3.2 Chỉ hướng đào hầm trong mặt phẳng thẳng đứng

Quá trình chỉ hướng đào hầm trong mặt phẳng thẳng đứng cần phải bố trí độ cao, độ dốc của trục tim hầm để bảo đảm độ chính xác độ cao đào thông hầm

§é

Hình 1.6 Ch ỉ hướng đào hầm trong mặt phẳng thẳng đứng

Để bố trí độ dốc và độ cao các phần của hầm, ta làm như sau: Đặt máy thuỷ chuẩn tại chỗ cần bố trí, ngắm mia dựng ở điểm P5 (điểm đã biết độ cao) ta được độ cao tia ngắm Dựa vào độ cao thiết kế điểm A và B của đường thẳng có độ dốc (trục tim hầm) ta tính hiệu độ cao của A và B so với độ cao tia ngắm: ∆h1 và ∆h2 Từ đó đánh dấu lên vách hầm hai điểm A và B Đường thẳng AB là đường thẳng có độ

dốc thiết kế Căn cứ vào đường thẳng này người ta có thể xác định nhanh chóng độ cao của các phần và độ dốc của đường hầm