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

Chia sẻ: Trần Văn Gan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: 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

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 CÔNG XÂY DỰNG CÁC CÔNG 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
Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Trắc địa công trình, Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS Trần Viết Tuấn, Trường Đại học Mỏ - Địa chất 2. 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 sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường, họp tại Trường đại học Mỏ - Địa chất vào hồi …..giờ … 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
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, nước ta đã và đang thi công rất nhiều công trình đường hầm giao thông, thủy điện … để phục vụ đời sống dân sinh. Đặc điểm của việc thi công xây dựng các công trình đường hầm là thi công liên hoàn bao gồm: Đào hầm - Gia cố vỏ hầm - Hoàn thiện vỏ hầm. Quá trình thi công và độ chính xác xây dựng công trình đường hầm phụ thuộc vào công tác trắc địa định hướng hầm. Như vậy công tác trắc địa định hướng hầm có ảnh hưởng rất lớn đến tiến độ thi công và độ chính xác xây dựng công trình hầm, đặc biệt khi áp dụng công nghệ TBM. Do đó vấn đề thành lập cơ sở trắc địa cho việc định hướng các công trình đường hầm có ý nghĩa quan trọng đối với chất lượng thi công xây dựng công trình hầm.Tuy nhiên cho đến nay, chúng ta chưa có các quy chuẩn về trắc địa công trình nói chung cũng như quy chuẩn kỹ thuật về Trắc địa công trình trong thi công đường hầm nói riêng, những tiêu chuẩn đã có chỉ đề cập đến phương pháp trắc địa truyền thống còn các phương pháp trắc địa hiện đại thì chưa được cập nhật, đặc biệt là trong thi công xây dựng bằng công nghệ mới, định hướng các công trình phức tạp và đòi hỏi độ chính xác cao như công tác trắc địa trong thi công công trình tàu điện ngầm. Vì vậy, nội dung nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả định hướng đường hầm trong thi công xây dựng các công trình ngầm là rất cần thiết và phù hợp với thực tiễn ở Việt Nam hiện nay. 2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Mục đích của luận án nhằm nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng và hiệu quả công tác định hướng đường hầm khi thi công xây dựng các công trình hầm ở Việt Nam trong giai đoạn thi công xây dựng. - Đối tượng nghiên cứu là các giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả định hướng đường hầm trong thi công xây dựng các công trình hầm ở Việt Nam - Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm: Tính toán độ chính xác yêu cầu định hướng đường hầm khi thi công xây dựng các công trình hầm đối hướng; nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả định hướng đường hầm trong thi công xây dựng các công trình hầm có độ sâu nhỏ hơn 100 m; nghiên cứu giải pháp kỹ thuật đảm bảo độ chính xác thi công đường hầm bằng công nghệ TBM.
2 3. Nội dung nghiên cứu - 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. 4. 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 và phương pháp chuyên gia. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Ý nghĩa khoa học: Góp phần phát triển và hoàn thiện kỹ thuật định hướng đường hầm trong thi công xây dựng các công trình hầm ở Việt Nam. Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng để nâng cao hiệu quả định hướng đường hầm trong thi công xây dựng các công trình ngầm ở Việt Nam trong giai đoạn thi công xây dựng ở thực tế sản xuất; Góp phần phục vụ ngành xây dựng Việt Nam nói chung và ngành xây dựng công trình ngầm nói riêng ngày càng hiệu quả và an toàn. 6. Các luận điểm bảo vệ Luận điểm thứ nhất: Để đảm bảo độ chính xác thi công xây dựng các công trình đường hầm theo đúng thiết kế, cần phải nghiên cứu xác định độ chính xác định hướng hầm theo các hạn sai cho phép trong thi công xây dựng các công trình hầm đối hướng. Luận điểm thứ hai: Áp dụng các giải pháp công nghệ và thiết bị đo đạc tiên tiến vào công tác định hướng hầm cho phép nâng cao hiệu quả và đảm bảo tiến độ thi công xây dựng các công trình hầm. Luận điểm thứ ba: Khi thi công xây dựng đường hầm bằng công nghệ TBM cần phải thành lập dạng lưới khống chế đặc biệt trong hầm và ứng dụng công nghệ đo đạc hiện đại nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của quá trình thi công hầm bằng công nghệ này. 7. Các điểm mới của luận án 1 - Đã xây dựng cơ sở khoa học xác định hạn sai cho phép của các yếu tố định hướng hầm. Từ đó có thể xác định được độ chính xác cần thiết các yếu tố
3 định hướng hầm trên cơ sở ứng dụng công nghệ đo đạc hiện đại trong thi công xây dựng các công trình hầm ở Việt Nam. 2 - Đã nghiên cứu, đề xuất ứng dụng một số giải pháp kỹ thuật và công nghệ tiên tiến vào quá trình định hướng hầm (Ứng dụng máy chiếu đứng để chuyền tọa độ, phương vị xuống hầm; sử dụng các loại máy đo dài điện tử để chuyền độ cao xuống hầm; ứng dụng máy kinh vĩ con quay khi thành lập lưới khống chế trong hầm…). Kết quả nghiên cứu các ứng dụng này cho phép nâng cao độ chính xác và tính hiệu quả công tác trắc địa khi thi công các công trình hầm đối hướng. 3 - Đã nghiên cứu phương pháp thiết kế và thành lập lưới khống chế trong hầm ở dạng lưới đường chuyền kép, thành lập các công thức dùng để kiểm tra các yếu tố kỹ thuật của lưới đường chuyền kép khi thành lập lưới khống chế thi công trong hầm. Điều này cho phép triển khai ứng dụng một cách rộng rãi dạng lưới khống chế đặc biệt này vào quá trình thi công hầm bằng công nghệ TBM ở Việt Nam. 8. Cấu trúc và nội dung luận án Cấu trúc luận án gồm ba phần: Phần mở đầu, 4 chương nội dung và phần kết luận. Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐỊNH HƯỚNG ĐƯỜNG HẦM TRONG THI CÔNG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH HẦM 1.1.Công nghệ thi công xây dựng các công trình hầm ở Việt Nam 1.1.1. Khái niệm về các công trình hầm ở Việt Nam 1.1.2. Các phương pháp thi công đường hầm 1.1.2.1. Xây dựng công trình đường hầm bằng phương pháp lộ thiên 1.1.2.2. Xây dựng công trình đường hầm bằng phương pháp hạ đoạn 1.1.2.3. Xây dựng công trình đường hầm bằng phương pháp khai mỏ 1.1.2.4. Xây dựng công trình đường hầm bằng công nghệ NATM (New Austrian Tunnelling Method) 1.1.2.5. Xây dựng công trình đường hầm bằng công nghệ TBM (Tunnel Boring Machine)
4 1.2. Tổng quan các công trình nghiên cứu ở nước ngoài Sau khi tham khảo các tài liệu ở nước ngoài chúng tôi thấy có những vấn đề sau đây: 1. Có một số tài liệu [35], [37],... đã trình bày về công nghệ thi công hầm tiên tiến bằng hệ thống TBM nhưng vấn đề điều khiển hệ thống TBM mới chỉ được giới thiệu mà chưa đề cập đến một quy trình cụ thể để có thể ứng dụng được trong thi công. 2. Vấn đề chuyền tọa độ, phương vị xuống hầm qua giếng đứng được thực hiện bằng các thiết bị đo đạc hiện đại và chuyên dụng ở Việt Nam hiện nay chưa được nghiên cứu cụ thể, ngoài ra về quy trình, hạn sai và phương pháp kiểm soát chất lượng đo đạc chưa được công bố [37], [47], .... 3. Lưới khống chế trong hầm dạng đường chuyền kép mới chỉ được giới thiệu ở dạng sơ đồ mà không thấy công bố phương pháp đo đạc, phương pháp kiểm soát chất lượng đo đạc và xử lý số liệu của dạng lưới này [35]. 4. Các chỉ tiêu kỹ thuật định hướng đường hầm được trình bày trong một số tài liệu là tiêu chuẩn của các Quốc gia [52], [57], … và một số các tham số kỹ thuật được trình bày trong các bài báo [35], [37]... Các số liệu này không thể triển khai ứng dụng trong thực tế ở Việt Nam. 1.3. Tổng quan các công trình nghiên cứu ở trong nước Nghiên cứu về vấn đề công tác trắc địa trong thi công xây dựng các công trình hầm ở nước ta được thực hiện trong một số công trình nghiên cứu và một số giáo trình đang được giảng dạy tại một số trường đại học. Đọc và tham khảo các tài liệu này tôi thấy một số vấn đề sau đây: 1. Công nghệ thi công các công trình hầm đã giới thiệu một số phương pháp thi công hầm hiện nay đang áp dụng ở nước ta [4], [18], [32],... 2. Lưới khống chế trắc địa trên mặt đất đã 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, các thuật toán ước tính độ chính xác lưới khống chế mặt bằng được thành lập bằng công nghệ GPS [4], [5], [6],... 3. Công tác đo liên hệ đã nghiên cứu và trình bày các ý tưởng ứng dụng máy chiếu đứng để chuyền tọa độ, phương vị xuống hầm nhưng chỉ thực hiện với một máy chiếu đứng, chưa có thực nghiệm, chưa xác lập quy trình đo đạc và xử lý số liệu [4], [19]…
5 4. Lưới khống chế thi công trong hầm đã đề cập đến các phương pháp thành lập lưới đường chuyền treo đơn nhưng cũng chỉ dừng lại ở bước ước tính, chưa có đo đạc thực nghiệm ở thực tế [19], [24]… 5. Phương pháp chuyền độ cao xuống hầm đã đề cập dùng máy TĐĐT để chuyền độ cao xuống hầm bằng phương pháp gương phẳng phụ, nhưng chưa đề cập đến phương pháp xác lập góc 450 của gương phẳng phụ như thế nào khi đo khoảng cách bằng máy TĐĐT từ gương phẳng phụ tới gương phản xạ đặt dưới hầm [28], [29],... 6. Thành lập lưới khống chế trong hầm khi sử dụng máy kinh vĩ con quay đã thành lập công thức tính sai số hướng ngang khi đo phương vị các cạnh của lưới khống chế trong hầm bằng máy kinh vĩ con quay, nhưng chưa xét một cách tổng quát tính hiệu quả của phương pháp đo này so với phương pháp truyền thống (góc - cạnh) [4], [19],… 7. Các giải pháp công tác trắc địa phục vụ thi công đường hầm bằng công nghệ TBM chưa có tài liệu nào công bố. 8. Các tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) chưa có TCVN nào đề cập đến độ chính xác định hướng hầm khi thi công bằng công nghệ TBM cũng như chưa cập nhật các công nghệ thi công hiện đại tiên tiến hiện nay ở nước ta [23], [33], [34],... 1.4. Định hướng nghiên cứu trong luận án Từ kết quả nghiên cứu và phân tích ở trên chúng tôi rút ra một số định hướng nghiên cứu của luận án như sau: 1. Để đảm bảo độ chính xác định hướng đường hầm thì cần phải nghiên cứu xác lập các yêu cầu độ chính xác định hướng hầm cho phép đối với cả hai phương pháp thi công đường hầm là phương pháp truyền thống và thi công bằng công nghệ TBM. Các hạn sai cho phép này cần phải được tính toán một cách khoa học, phù hợp với phương pháp thi công hầm và đặc điểm thi công xây dựng các công trình hầm trên thế giới và ở Việt Nam. 2. Nghiên cứu giải pháp ứng dụng các công nghệ đo đạc tiên tiến và hiện đại để thay thế các thiết bị và phương pháp đo đạc truyền thống với mục đích tự động hóa quá trình đo đạc, nâng cao độ chính xác và đảm bảo tiến độ thi công xây dựng công trình hầm phù hợp với đặc điểm công nghệ thi công đang được ứng dụng ở Việt Nam. 3. Nghiên cứu phương pháp thành lập lưới khống chế thi công đặc biệt trong hầm là lưới đường chuyền kép, xây dựng quy trình đo và kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật, phương pháp xử lý số liệu với mục đích có thể triển khai ứng dụng
6 một cách rộng rãi dạng lưới khống chế đặc biệt này vào quá trình thi công xây dựng các công trình hầm ở Việt Nam. Chương 2: 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 2.1. Sai số đào thông hầm và các hạn sai cho phép 2.1.1. Phân loại sai số đào thông hầm và hạn sai cho phép 2.1.2. Yêu cầu độ chính xác thông hầm Hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam tiêu chuẩn về yêu cầu độ chính xác định hướng hầm bao gồm một số tài liệu sau đây: 2.1.2.1 Quy phạm Trắc địa công trình của nước Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa (GB50026 – 2007)[56] 2.1.2.2 Tiêu chuẩn của Cộng hòa liên bang Nga (СТО НОСТРОЙ 2.16.65-2012)[52] 2.1.2.3. Quy chuẩn, Tiêu chuẩn của Việt Nam 1. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 08: 2009/BXD “Công trình ngầm đô thị”[23] 2. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4528:1988 “Hầm đường sắt và hầm đường ôtô - quy phạm thi công, nghiệm thu”[33] 2.1.2.4. Tiêu chuẩn kỹ thuật của một số công trình đường hầm đã và đang thi công ở trên Thế giới và Việt Nam được quy định như sau: 1.Thi công xây dựng đường hầm SSC (Thí nghiệm gia tốc của hạt dưới nguyên tử) tại Dallas, Mỹ [37] 2. Thi công xây dựng hầm đường sắt tại Hallandsas, Thụy Điển[41] 3. Thi công xây dựng đường hầm Lok Ma Chau Spur Line tại Hồng Kông, Trung Quốc [35] 4. Thi công xây dựng tuyến tầu điện số 1 (Bến Thành - Suối Tiên) tại Thành phố Hồ Chí Minh [22] 2.1.3 Nhận xét: Độ chính xác thi công đường hầm phụ thuộc vào mục đích sử dụng và phương pháp thi công. Hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam các tiêu chuẩn yêu cầu độ chính xác trong thi công đường hầm có những quy định khác nhau.
7 2.2. Nghiên cứu xây dựng cơ sơ khoa học về yêu cầu độ chính xác định hướng hầm trong thi công hầm ở Việt Nam 2.2.1. Hạn sai cho phép trong các tiêu chuẩn và chỉ tiêu kỹ thuật thi công đường hầm ở một số nước trên thế giới và Việt Nam Theo phương pháp thi công hầm có thể chia thành hai trường hợp sau đây: - Hầm thi công bằng phương pháp truyền thống. - Hầm thi công bằng công nghệ TBM. Để xác định được các yêu cầu độ chính xác cần thiết dùng trong định hướng hầm khi thi công bằng công nghệ TBM ở Việt Nam thì cần phải xác định mối quan hệ toán học giữa các đại lượng δ và δi thành phần (i = 1 ÷ 5), quan hệ hàm số được xác định theo công thức sau:  2  12   22   32   24   52 (2.1) Trong đó: - δ : Độ lệch cho phép của vỏ hầm tại mặt đào thông - δ1 : Sai số của cơ sở khống chế trắc địa về mặt bằng - δ2 : Sai số của cơ sở khống chế trắc địa về độ cao - δ3 : Độ lệch khoanh tròn vỏ hầm khi lắp đặt so với trục bố trí (độ lệch tâm) - δ4 : Độ lệch hình dạng hình học của khoanh tròn vỏ hầm khi chế tạo so với thiết kế (hình ô van) - δ5 : Biến dạng khoanh tròn vỏ hầm do áp lực đất đá bên ngoài tác động lên vỏ hầm. 2.2.2 Công thức tính độ sai lệch của vỏ hầm tại điểm đào thông Với công thức (2.1) có thể có hai cách sử dụng công thức này để tính toán các hạn sai cho phép trong thi công hầm bằng công nghệ TBM tại Việt Nam là theo nguyên tác ảnh hưởng bằng nhau hoặc nguyên tắc ảnh hưởng có hệ số. * Trường hợp 1: Nếu cho trước giá trị δ là độ lệch cho phép của vỏ hầm tại mặt đào thông. Theo công nghệ chế tạo và lắp ghép vỏ hầm biết trước các đại lượng δ3 và δ4. Theo điều kiện địa chất xác định được δ5. Giả thiết: Sai số của cơ sở khống chế trắc địa về mặt bằng δ1 gấp hai lần sai số cơ sở khống chế trắc địa về độ cao δ2: δ2 = 0.5δ1 (2.2)
8 Từ công thức (2.1) ta có:  2  12  (0.51 ) 2  32   24  52 (2.3)  2  ( 32   24   52 ) 1  (2.4) 1.25 *Trường hợp 2: Nếu chỉ cho trước giá trị δ là độ lệch cho phép của vỏ hầm tại mặt đào thông mà không cho biết trước các đại lượng δi trong công thức (2.1), áp dụng nguyên tắc ảnh hưởng có hệ số và dựa vào kinh nghiệm của người thiết kế, điều kiện địa chất khu vực thi công để xác định các hệ số của các đại lượng δi trong công thức (2.1) sau đó vận dụng công thức (2.4) để tính các thành phần còn lại 2.2.3 Xây dựng cơ sở xác định hạn sai cho phép trong thi công hầm ở Việt Nam 2.2.3.1. Hầm thi công theo phương pháp truyền thống Bảng 2.5. Hạn sai cho phép của trục tim hầm trong thi công công trình hầm bằng phương pháp truyền thống L (km) δ1(mm) δ2(mm) L≤ 4 100 4≤ L≤8 150 70 8 ≤ L ≤ 10 200 2.2.3.2. Hầm thi công bằng công nghệ TBM Bảng 2.6. Hạn sai cho phép trong thi công công trình hầm bằng công nghệ TBM L (km) δ(mm) δ1(mm) δ2(mm) δ3(mm) δ4(mm) δ5(mm) L≤ 4 75 38 19 25 50 25 Từ bảng 2.6, áp dụng công thức (2.5) và lấy làm tròn kết quả tính các sai số trung phương mi ta có bảng 2.7 Bảng 2.7. Sai số trung phương (mi) khi thi công bằng công nghệ TBM L(km) m(mm) m1(mm) m2(mm) m3(mm) m4(mm) m5(mm) L≤ 4 38 19 12 12 25 12 Nhận Xét: Từ bảng 2.5, 2.6 và 2.7 cho thấy kết quả tính toán hạn sai cho phép mà chúng tôi đưa ra tương đối phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật được các công ty nước ngoài áp dụng xây dựng các công trình hầm tại Việt Nam, Mỹ, Thụy Điển, Hồng Kông… Vì vậy có thể sử dụng kết quả tính toán trong các bảng 2.5,
9 2.6 và 2.7 để tính toán các hạn sai cho phép trong thi công các công trình hầm ở Việt Nam. 2.3. Ước tính yêu cầu độ chính xác cho phép định hướng hầm khi thi công công trình hầm đối hướng ở Việt Nam 2.3.1. Định hướng hầm theo vị trí mặt bằng 2.3.1.1. Các nguồn sai số đào thông hầm và phân phối chúng a. Các nguồn sai số b. Nguyên tắc phân phối các nguồn sai số 2.3.1.2. Ước tính các yêu cầu độ chính xác định hướng hầm khi thi công hầm bằng phương pháp truyền thống Tùy thuộc vào chiều dài đoạn hầm Li tra bảng 2.5 ta có sai số trung phương hướng ngang m1, áp dụng công thức (2.18), (2.19) và (2.20) ta tính các nguồn sai số hướng ngang thành phần mqi. a .Sai số hướng ngang (mqi) Đối với đoạn hầm được định hướng qua hai cửa hầm: mqi = = 0,58m1 (2.18) √ Đối với đoạn hầm được định hướng qua một cửa hầm và một giếng đứng: mqi = = 0,50 m1 (2.19) √ Đối với đoạn hầm được định hướng qua hai giếng đứng: mqi = = 0,45m1 (2.20) √ b. Sai số hướng dọc cho phép (mL) [4] 2.3.1.3.Ước tính các yêu cầu độ chính xác định hướng hầm khi thi công hầm bằng công nghệ TBM Tùy thuộc vào chiều dài đoạn hầm Li tra bảng 2.7 ta có sai số trung phương hướng ngang mi, a.Tính sai số trung phương hướng ngang (mqi) 1) Đối với đoạn hầm được định hướng qua một cửa hầm và một giếng đứng: mqi = = 0,58m1 (2.23) √ 2) Đối với đoạn hầm được định hướng qua 2 giếng đứng (Ga tầu điện ngầm): mqi = = 0,50 m1 (2.24) √ b. Tính SSTP chuyền phương vị qua giếng đứng xuống hầm (mα) . mα = . √2 (2.26)
10 c. Tính các hạn sai cho phép thành lập lưới khống chế trong hầm (mβ và ms) 1) Tính sai số trung phương đo góc (mβ) trong đường chuyền .ρ mβ = [ ] . (2.33) , 2) Tính sai số trung phương đo cạnh (mS) trong đường chuyền mS = (2.35) √ Nhận xét: Khi thi công hầm bằng công nghệ TBM, để xác định các hạn sai cho phép trong định hướng hầm, sử dụng các hạn sai cho phép trong bảng (2.7) và các công thức (2.23); (2.24); (2.26); (2.33) và (2.35) sẽ tính được các hạn sai cho phép trong định hướng hầm 2.3.2. Định hướng hầm theo độ cao 2.3.2.1. Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác độ cao đào thông hầm và phân phối chúng a. Các nguồn sai số b. Nguyên tắc phân phối các nguồn sai số Sử dụng nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau để tính các sai số cho phép khi xác định độ cao. - Đối với đoạn hầm mà độ cao được chuyền qua hai cửa hầm: mhi = = 0,58.m2 (2.40) √ - Đối với đoạn hầm mà độ cao được chuyền qua một cửa hầm và một giếng đứng: mhi = = 0,50.m2 (2.42) √ - Đối với đoạn hầm mà độ cao được chuyền qua hai giếng đứng: mhi = = 0,45.m2 (2.44) √ trong đó m2 là sai số trung phương độ cao đào thông hầm đối hướng sử dụng (bảng 2.5 và bảng 2.7) và công thức (2.5) để tính. 2.3.2.2. Ước tính độ chính xác yêu cầu định hướng hầm khi thi công hầm bằng phương pháp truyền thống Từ bảng 2.5 ta có sai số trung phương độ cao m2 = ± 35 mm đối với hầm có chiều dài nhỏ hơn 4 km, áp dụng công thức (2.40), (2.42) và (2.44) ta tính được các mhi theo nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau. 2.3.2.3. Ước tính độ chính xác yêu cầu định hướng hầm theo độ cao khi thi công hầm bằng công nghệ TBM
11 Khi thi công hầm bằng công nghệ TBM, sử dụng số liệu m2 trong bảng 2.7 và các công thức (2.40) và (2.42) để tính thì sẽ tính được các hạn sai cho phép về độ cao đối với từng loại đoạn hầm như trên. Chương 3 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 3.1. Nâng cao hiệu quả thành lập lưới khống chế mặt bằng trên mặt đất trong thi công hầm Hiện nay, lưới khống chế trắc địa mặt bằng trên mặt đất trong thi công xây dựng đường hầm chủ yếu được thành lập bằng công nghệ GPS (lưới GPS). 3.1.1 Giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác thành lập lưới khống chế mặt bằng trên mặt đất bằng công nghệ GPS trong thi công hầm đối hướng theo hướng thiết kế tối ưu Để nâng cao độ chính xác thành lập lưới khống chế trên mặt đất bằng công nghệ GPS cần phải thiết kế và ước tính độ chính xác của lưới theo hướng thiết kế tối ưu. Chúng ta có thể thiết kế lưới theo phương pháp kết hợp giữa người và máy tính với khối lượng trị đo và độ chính xác vừa đủ để thành lập lưới khống chế GPS mặt đất trong thi công hầm. Chính điều này thể hiện tính hiệu quả khi nâng cao độ chính xác định hướng hầm đối với hạng mục thành lập lưới khống chế mặt đất. 3.1.2 Thực nghiệm ước tính độ chính xác lưới GPS trên mặt đất phục vụ thi công hầm Trong phần tính toán thực nghiệm chúng tôi trình bày kết quả ước tính độ chính xác lưới GPS tại công 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 3 phương án sau: Các phương án thiết kế Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Số trị đo 37 35 28 3.1.2.3 Kết quả ước tính độ chính xác lưới Chúng tôi sử dụng chương trình máy tính GP.AGE dùng để ước tính độ chính xác. Kết quả cho thấy sai số vị trí điểm HAM3 và sai số phương vị cạnh định hướng HAM3-HAM2 của các phương án đều đạt yêu cầu. Vậy ta chọn
12 phương án 3 để thành lập lưới GPS, vì phương án 3 có trị đo ít mà vẫn đảm bảo độ chính xác, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật cần thiết của lưới khống chế trên mặt đất phục vụ thi công hầm đèo Cả. 3.2. Nâng cao độ chính xác chuyền tọa độ và phương vị xuống hầm qua giếng đứng 3.2.1 Phương pháp tam giác liên hệ Hiện nay, để chuyền toạ độ và phương vị xuống hầm có nhiều phương pháp, thực tế thường sử dụng phương pháp tam giác liên hệ [4]. + Cơ sở lý thuyết của phương pháp tam giác liên hệ. Để chuyền toạ độ và phương vị xuống hầm qua giếng đứng, cần sử dụng hai dây dọi O1 và O2 tạo thành mặt phẳng liên hệ giữa hệ toạ độ lưới khống chế trên mặt đất và tọa độ lưới khống chế trong hầm (hình 3.5). Khi đó toạ độ dưới hầm khởi tính từ toạ độ hai điểm O1 và O2 và phương vị được chuyền xuống hầm tính theo công thức [4]:  A1M1  AT      1  1  i1800 (3.1) Hình 3.5. Định hướng qua giếng đứng Phương pháp này thực hiện rất phức tạp vì phải quan trắc độ dao động của dây dọi và cần phải có thiết bị chuyên dụng để đo, để khắc phục các tồn tại này chúng tôi nghiên cứu ứng dụng máy chiếu đứng thay dây dọi để chuyền toạ độ và phương vị từ trên mặt đất xuống hầm qua giếng đứng trong thi công xây dựng các công trình hầm. 3.2.2. Sử dụng máy chiếu đứng để chuyền toạ độ và 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 bằng máy chiếu đứng. thực nghiệm 3.2.3.Thực nghiệm sử dụng máy chiếu đứng để chuyền toạ độ và phương vị xuống hầm qua giếng đứng - Thành lập một lưới đường chuyền khép kín trên mặt đất bao gồm 10 điểm CDPGEMNJKB (hình 3.7). - Sử dụng máy chiếu đứng DZJ 300A để chiếu toạ độ hai điểm O1 và O2 lên độ cao 30m (hình 3.6). Kết quả so sánh toạ độ các điểm và phương vị các cạnh Bảng 3.4. So sánh toạ độ các điểm khi chuyền điểm P, G trên tầng cao 30 m qua tam giác liên hệ và tọa độ các điểm này của lưới đường chuyền khép kín trên mặt đất Tên Toạ độ các điểm lưới Toạ độ các điểm Độ lệch (m) điểm đường chuyền chuyền bằng PP tam khép kín (2) giác liên hệ (3) (4) X(m) Y(m) X(m) Y(m) ΔX (m) ΔY (m) (1) M 967.741 989.060 967.739 989.064 -0.002 0.004 N 968.250 973.880 968.249 973.882 -0.001 0.002 J 982.078 952.180 982.077 952.179 -0.001 -0.001 K 991.779 956.280 991.775 956.276 -0.004 -0.004 B 995.600 946.510 995.597 946.504 -0.003 -0.006 C 1019.350 957.680 1019.344 957.673 -0.006 -0.007 D 1011.097 978.870 1011.091 978.866 -0.006 -0.004
14 Bảng 3.5. So sánh phương vị các cạnh chuyền qua tam giác liên hệ xuống mặt đất Phương vị cạnh đường Phương vị cạnh chuyền này khi lấy điểm Tên cạnh lưới đường P, G trên tầng cao 30m Độ lệch chuyền khép kín làm gốc và chuyền qua Δα (") trên mặt đất tam giác liên hệ xuống mặt đất (1) (2) (3) (4) 0 0 M N 271 55' 17.3" 271 55' 27.4" +10.1" 0 0 N J 302 30' 04.8" 302 30' 13.0" + 8.2" 0 0 J K 22 53' 53.0" 22 54' 00.0" +7.0" 0 0 K B 291 21' 35.1" 291 21' 41.1" +6.0" 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 và phương vị các cạnh xác định bằng đường chuyền khép kín trên mặt đất có độ chính xác cao hơn tọa độ và phương vị các cạnh chuyền qua tam giác liên hệ, kết quả tính được theo công thức (3.2) trong trường hợp này là kết quả gần đúng. m   (3.2) n Sử dụng công thức (3.2) để tính ta có: - Sai số truyền toạ độ xuống hầm khi 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 khi sử dụng máy chiếu đứng trong tam giác liên hệ: mα = ± 6,9". 3.3. Nâng cao độ chính xác chuyền độ cao xuống hầm qua giếng đứng 3.3.1. Chuyền độ cao xuống hầm qua giếng đứng Chúng tôi nghiên cứu hai phương pháp chuyền độ cao xuống hầm qua giếng đứng là phương pháp chuyền bằng máy TĐĐT và phương pháp chuyền bằng thiết bị đo dài Disto thay các phương pháp truyền thống.
15 Hình 3.9. Sơ đồ chuyền độ cao Hình 3.10. Sơ đồ chuyền độ cao bằng bằng máy TĐĐT thiết bị đo khoảng cách Disto 3.3.2. Phương pháp chuyển độ cao qua giếng đứng xuống hầm bằng máy toàn đạc điện tử dùng gương phẳng phụ Sơ đồ chuyền độ cao bằng máy toàn đạc điện tử qua giếng đứng xuống hầm được đưa ra (hình 3.9) Độ cao của điểm B trong hầm được tính theo công thức: HB = HA + (a1 – a2) – (L-l) – (b1 – b2) (3.3) + Đánh giá độ chính xác của phương pháp mHB = 2(2m + m ) (3.5) 3.3.2.1 Đo đạc và tính toán thực nghiệm Công tác thực nghiệm được tiến hành bằng máy TĐĐT Leica TS06 Plus. Bảng 3.7. So sánh kết quả chuyền độ cao theo ba phương pháp Chênh Bằng Bằng Bằng lệch giữa Chênh lệch Phương pháp máy thước dây thép TĐĐT và giữa TĐĐT chuyền độ cao TĐĐT thép (m) (m) thước và dây thép (m) thép 1 2 3 4 5 = 3-2 6 = 3-4 Độ cao điểm B -89.780 -89.782 -89.785 - 02 mm + 03 mm
16 3.3.2.2 Nhận xét: Kết quả thực nghiệm cho thấy có thể sử dụng máy TĐĐT để chuyền độ cao xuống hầm qua giếng đứng có chiều sâu lớn thay các phương pháp truyền thống khắc phục được những khó khăn về mặt kỹ thuật thường gặp khi dùng hai phương pháp truyền thống này. 3.3.3. Phương pháp chuyển độ cao qua giếng đứng xuống hầm bằng thiết bị đo dài cầm tay Disto Sơ đồ chuyền độ cao bằng thiết bị đo khoảng cách Disto qua giếng đứng xuống hầm được đưa ra (hình 3.10) Độ cao của điểm B trong hầm được tính theo công thức: HB = HA + (a1 – a2) – S – (b1 – b2) (3.7) + Đánh giá độ chính xác của phương pháp mHB = 4m + m (3.10) 3.3.3.1.Thực nghiệm chuyển độ cao qua giếng đứng xuống hầm bằng thiết bị đo dài cầm tay Disto Công tác thực nghiệm được tiến hành với thiết bị DISTOTM pro4a của hãng Leica. Bảng 3.11. So sánh kết quả 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 giữa chỉnh hệ số pháp chuyền bằng thước chuyền đo bằng thiết dãn dài của chuyền độ bằng thép sau hiệu bằng máy bị Disto và thước thép cao thước chỉnh hệ số thiết bị đo bằng thước (mm) thép(m) dãn dài (m) Disto (m) thép (mm) 1 2 3 4=2+3 5 6 = 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 quả thực nghiệm cho thấy có thể sử dụng máy Disto để chuyền độ cao xuống hầm qua giếng đứng có chiều sâu nhỏ hơn 100 m, khắc phục được những khó khăn về mặt kỹ thuật thường gặp khi dùng các phương pháp khác để chuyền độ cao xuống hầm. 3.4. Lựa chọn dạng lưới khống chế mặt bằng trong hầm phù hợp với đặc điểm điều kiện thi công hầm 3.4.1. Đặc điểm và phương pháp thành lập đường chuyền trong hầm 3.4.2 Thành lập lưới đường chuyền trong hầm 3.4.3. Thực nghiệm các phương án thiết kế để thành lập đường chuyền trong hầm 3.4.3.1 Thiết kế các 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, trong đó có 06 trị đo cạnh và 06 trị đo góc. - Phương án 2: là phương án 1 có đo kiểm tra bổ sung thêm 06 góc bên trái ở thời gian khác. GPS2 1 3 5 S1 S2 S3 S4 S6 GPS1 S5 2 4 6 GPS3
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 quả ước tính độ chính của các phương án thực nghiệm Với kết quả ước tính sai số trung phương vị trí điểm yếu nhất của lưới mặt bằng trong hầm theo các phương án trên đều nhỏ hơn sai số điểm cuối cho phép. Vậy theo các phương án thiết kế trên đều đạt được yêu cầu độ chính xác cho phép. 3.4.2.3. Đo đạc và tính toán thực nghiệm Công tác thực nghiệm được tiến hành với máy toàn đạc điện tử Leica TC 1800. Tiến hành đo với từng phương án riêng biệt