Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ trắc địa hiện đại trong xây dựng và khai thác đường ô tô ở Việt Nam

MỞ ĐẦU

1. Lý do lựa chọn đề tài

Công tác trắc địa được tiến hành từ giai đoạn khảo sát thiết kế

đến thi công và khai thác đường ô tô, là khâu quyết định đến chất

lượng khảo sát địa hình, đảm bảo chất lượng về kích thước hình

học trong thi công, quan trắc chuyển vị của nền mặt đường. Vì vậy

công tác trắc địa là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất

lượng xây dựng và an toàn trong khai thác.

Với những tiến bộ của khoa học công nghệ, trong trắc địa đã

xuất hiện những thiết bị đo đạc hiện đại như công nghệ GPS, máy

toàn đạc điện tử (TĐĐT), máy thủy bình điện tử (TBĐT)…nhiều

quốc gia đã khai thác rất hiệu quả những thiết bị này trong xây

dựng và khai thác đường ô tô. Ở Việt Nam đã ứng dụng công nghệ

GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT trong xây dựng đường ô tô từ nhiều

năm nhưng chưa có đủ tiêu chuẩn kỹ thuật, chưa khai thác hết tính

năng kỹ thuật của thiết bị, trong nhiều trường hợp chưa đáp ứng

yêu cầu.

Việc lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ trắc địa

hiện đại trong xây dựng và khai thác đường ô tô ở Việt Nam” là

cần thiết để góp phần nâng cao chất lượng xây dựng và an toàn

khai thác đường ô tô ở Việt Nam hiện nay.

2. Mục đích

Phân tích, đánh giá những hạn chế khi ứng dụng công nghệ

GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT trong xây dựng và khai thác đường

ô tô. Đề xuất các giải pháp ứng dụng hiệu quả công nghệ GPS,

máy TĐĐT, máy TBĐT phù hợp với điều kiện xây dựng và khai

thác đường ô tô ở Việt Nam.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy

TBĐT trong xây dựng và khai thác đường ô tô ở Việt Nam.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm

5. Những điểm mới của luận án

- Chỉ ra những bất cập còn tồn tại khi ứng dụng công nghệ

GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT trong xây dựng và khai thác đường

ô tô ở Việt Nam hiện nay.

- Trong giai đoạn khảo sát thiết kế đường ô tô: Kiến nghị

ứng dụng phương pháp “GPS- động” thành lập lưới đường chuyền

cấp 2, ứng dụng máy TĐĐT thành lập đồng thời lưới khống chế độ

cao hạng IV và lưới đường chuyền cấp 2.

- Trong giai đoạn thi công đường ô tô: Kiến nghị phương

pháp bố trí đồng thời vị trí mặt bằng và độ cao trong thi công nền

mặt đường, nút giao khác mức và đường trên cao.

- Quan trắc chuyển vị nền đường

+ Quan trắc chuyển vị nền đường trên đất yếu: Xác định độ

chính xác của công tác quan trắc phù hợp với yêu cầu kiểm soát

tốc độ chuyển vị theo quy định. Kiến nghị ứng dụng máy TBĐT,

máy TĐĐT quan trắc độ lún và chuyển vị ngang. Kiến nghị ứng

dụng nguyên lý “số bình phương tối thiểu” và phương pháp tính để

phân tích số liệu quan trắc lún theo Asaoka và Hyperbolic phù hợp

với thực tiễn.

+ Quan trắc chuyển vị nền đường đắp cao: Kiến nghị độ

chính xác của công tác quan trắc và chu kỳ quan trắc, ứng dụng

máy TBĐT, máy TĐĐT quan trắc chuyển vị nền đường

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

a. Ý nghĩa khoa học

- Xây dựng luận chứng kỹ thuật để ứng dụng công nghệ GPS,

máy TĐĐT, máy TBĐT trong xây dựng và khai thác đường ô tô.

- Kết quả nghiên cứu của đề tài là một trong những cơ sở

khoa học để tiếp tục xây dựng và hoàn thiện các tiêu chuẩn kỹ

thuật đáp ứng yêu cầu xây dựng, quản lý, khai thác và phát triển

mạng lưới đường ô tô ở Việt Nam.

b. Ý nghĩa thực tiễn

- Là tài liệu tham khảo để xây dựng chỉ dẫn kỹ thuật, ứng

dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT trong xây dựng và

khai thác đường ô tô.

- Cung cấp luận chứng kỹ thuật về độ chính xác quan trắc và

phương pháp tính phù hợp yêu cầu phân tích số liệu quan trắc lún

theo Asaoka và Hyperbolic trong xây dựng nền đường đắp trên đất

yếu.

7. Kết cấu của luận án

Luận án trình bày trong 142 trang gồm phần Mở đầu, phần

nội dung nghiên cứu trong 04 chương, phần Kết luận,Kiến nghị

hướng nghiên cứu tiếp theo, Tài liệu tham khảo và các Phụ lục.

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG

CÔNG NGHỆ TRẮC ĐỊA HIỆN ĐẠI TRONG XÂY DỰNG VÀ

KHAI THÁC ĐƢỜNG Ô TÔ Ở VIỆT NAM

1.1. KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ TRẮC ĐỊA HIỆN ĐẠI

Nêu cấu tạo, nguyên lý và tính năng của công nghệ GPS, máy

TĐĐT, máy TBĐT

1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS, MÁY

TĐĐT, MÁY TBĐT TRONG XÂY DỰNG VÀ KHAI THÁC ĐƢỜNG Ô

TÔ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.2.1. Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy

TBĐT trong xây dựng và khai thác đƣờng ô tô trên thế giới

1.2.1.1. Nghiên cứu đo cao bằng công nghệ GPS và máy TĐĐT

Kết quả nghiên cho thấy nhiều quốc gia đã xây dựng thành

các tiêu chuẩn đo cao bằng máy TĐĐT và công nghệ GPS với độ

chính xác cao.

1.2.1.2. Ứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT trong

xây dựng và khai thác đường ô tô

Máy TĐĐT, công nghệ GPS, máy TBĐT đã ứng dụng phổ

biến trong khảo sát địa hình, bố trí vị trí mặt bằng và độ cao trong

thi công, quan trắc chuyển vị nền mặt đường, nhiều quốc gia đã

xây dựng và ban hành các tiêu chuẩn kỹ thuật ([48], [49], [50],

[53],[67], [68], [69], [70], [71],[77],[78]…).

Một số quốc gia đã ứng dụng công nghệ GPS trong việc đo

và kiểm định yếu tố hình học của tuyến ([62], [72]).

1.2.2. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy

TBĐT trong xây dựng và khai thác đƣờng ô tô ở Việt Nam

1.2.2.1. Nghiên cứu đo cao bằng công nghệ GPS và máy TĐĐT

Một số kết quả nghiên cứu đo cao bằng máy TĐĐT mới chỉ

dừng lại ở mức độ nghiên cứu ảnh hưởng của các nguồn sai số

hoặc tiến hành thực nghiệm với số lượng nhỏ. Do vậy chưa đủ cơ

sở để ứng dụng trong xây dựng và khai thác đường ô tô.

1.2.2.2. Quy định ứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy

TBĐT theo các tiêu chuẩn xây dựng và khai thác đường ô tô

Nghiên cứu cho thấy đã có một số tiêu chuẩn quy định ứng

dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT trong các tiêu

chuẩn xây dựng và khai thác đường ô tô. Tuy nhiên các quy định

rất sơ sài, chưa khai thác hết tính năng kỹ thuật của thiết bị, nhiều

trường hợp chưa đủ cơ sở để triển khai thực tế…

1.2.2.3. Ứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT trong

xây dựng và khai thác đường ô tô

Mặc dù đãứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT

trong xây dựng và khai thác đường ô tô từ nhiều năm nhưng chưa

khai thác hết tính năng kỹ thuật của thiết bị, thiếu cơ sở và luận

chứng kỹ thuật, nhiều trường hợp không được Chủ đầu tư và cơ

quan quản lý chấp thuận.

1.3. XÁC ĐỊNH NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu phương pháp nâng cao độ chính xác đo cao bằng

máy TĐĐT phù hợp với yêu cầu đo cao trong xây dựng đường ô tô.

- Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo “GPS- động” thành

lập lưới đường chuyền cấp 2.

- Nghiên cứu ứng dụng máy TĐĐT thành lập đồng thời lưới

khống chế độ cao và lưới đường chuyền cấp 2.

- Nghiên cứu ứng dụng máy TĐĐT bố trí đồng thời vị trí mặt

bằng và độ cao trong thi công đường ô tô.

- Nghiên cứu ứng dụng máy TĐĐT và TBĐT trong quan trắc

chuyển vị của nền đường.

- Nghiên cứu xây dựng cơ sở khoa học và phương pháp tính để

phân tích số liệu quan trắc lún của nền đường trên đất yếu theo

Hyperbolic và Asaoka phù hợp với quy định và thực tiễn.

CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN

TỬ VÀ CÔNG NGHỆ GPS TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ

2.1. NỘI DUNG CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG

Ô TÔ

Nghiên cứu nội dung công tác trắc địa trong giai đoạn khảo

sát thiết kế và thi công đường ô tô

2.2. ĐỘ CHÍNH XÁC YÊU CẦU CỦA CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG

XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ

Thống kê, phân tích độ chính xác yêu cầu của công tác trắc

địa trong giai đoạn khảo sát thiết kế và thi công đường ô tô theo

các tiêu chuẩn hiện hành.

2.3. NGHIÊN CỨU THÀNH LẬP LƢỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG VÀ

LƢỚI KHỐNG CHẾ ĐỘ CAO TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ

BẰNG MÁY TĐĐT VÀ CÔNG NGHỆ GPS

2.3.1. Thành lập lƣới đƣờng chuyền cấp 2 bằng máy TĐĐT

2.3.1.1. Đồ hình lưới đường chuyền cấp 2 trong xây dựng đường ô tô

Phân tích các dạng đồ hình lưới đường chuyền hở, kiến nghị

sử dụng đồ hình lưới đường chuyền khuyết phương vị.

2.3.1.2. Thành lập lưới đường chuyền cấp 2 bằng máy TĐĐT

Ước tính độ chính xác, trình bày phương pháp đo,xác định cơ

sở và trình tự bình sai lưới đường chuyền khuyết phương vị.

2.3.2. Thành lập lƣới đƣờng chuyền cấp 2 bằng phƣơng pháp

“GPS- động”

2.3.2.1. Nguyên lý và độ chính xác của phương pháp “GPS- động”

Trình bày nguyên lý, thống kê độ chính xác đo “GPS- động”

[37]. Kết quả cho thấy độ chính xác đo “GPS- động” ≤ ±20mm,

đáp ứng yêu cầu thành lập lưới đường chuyền cấp 2.

2.3.2.2. Ứng dụng phương pháp “GPS- động” thành lập lưới

đường chuyền cấp 2

Trên cơ sở những quy định của tiêu chuẩn đo GPS của bang

Washington …kết hợp các nghiên cứu và thực tế đo GPS ở Việt

Nam để xây dựng phương pháp thành lập đường chuyền cấp 2

bằng phương pháp đo “GPS- động”. Nội dung gồm:

- Đề xuất sơ đồ bố trí với hai trạm cơ sở ở hai đầu tuyến đo

và trạm động đặt tại điểm lưới đường chuyền cấp 2 cần lập. Đề

xuất các yêu cầu kỹ thuật đối với trạm cơ sở và trạm động.

- Đề xuất phương pháp đo “dừng và đi” (stop and go), đưa ra

yêu cầu khởi đo và quy chuẩn hệ tọa độ.

2.3.3. Đánh giá hiệu quả của phƣơng pháp “GPS- động” trong

thành lập lƣới đƣờng chuyền cấp 2

Để đánh giá hiệu quả của phương pháp “GPS- động” trong

thành lập lưới đường chuyền cấp 2 bằng cách so sánh với phương

pháp truyền thống. Phương pháp truyền thống thành lập lưới

đường chuyền cấp 2 là sử dụng kết hợp công nghệ GPS và máy

TĐĐT.

So sánh cho thấy: Phương pháp “GPS- động” ngoài các ưu

điểm về thời gian đo, đồ hình lưới…còn có chi phí thực tế để lập

một điểm đường chuyền rất thấp (chỉ bằng 4,67% so với phương

pháp truyền thống). Đồng thời khi đo kiểm tra hoặc bổ sung điểm

lưới rất dễ dàng, đặc điểm này rất phù hợp khi kiểm tra bổ sung

điểm lưới trong thi công đường ô tô. Đây là phương pháp mang lại

hiệu quả rất lớn về kinh tế và kỹ thuật.

2.3.4. Thành lập lƣới khống chế độ cao bằng máy TĐĐT

Nhiều tiêu chuẩn nước ngoài đã quy định đo cao bằng máy

TĐĐT ([49], [53], [70], [77]…), tuy nhiên chưa có sự thống nhất

về độ chính xác và quy định kỹ thuật giữa các tiêu chuẩn. Ở Việt

Nam mới chỉ “để ngỏ” khả năng đo cao bằng máy TĐĐT [1]. Do

vậy cần phải nghiên cứu phương pháp nâng cao độ chính xác đo

cao bằng máy TĐĐT phù hợp với yêu cầu trong xây dựng đường ô

tô.

2.3.4.1. Nghiên cứu phương pháp nâng cao độ chính xác đo cao

bằng máy TĐĐT

Trên cơ sở phân tích ảnh hưởng các nguồn sai số, lập chương

trình “ETS 2013” để thiết lập mối quan hệ giữa độ chính xác đo

cao với chiều dài tia ngắm của máy TĐĐT.Xác định phương pháp

nâng cao độ chính xác đo cao của máy TĐĐT như sau:

1. Luôn đo góc thiên đỉnh hoặc góc đứng ở hai vị trí ống kính

để khắc phục sai số MO.

2. Hiệu chỉnh nhiệt độ, áp suất không khí để giảm sai số đo

cạnh nghiêng

3. Luôn cố định mặt gương trong suốt quá trình đo và sử

dụng bảng ngắm, không ngắm theo tâm gương.

4. Lựa chọn sơ đồ đo cao từ giữa hoặc đo cao đối hướng đồng

thời

5. Tính hiệu độ cao theo công thức: Hiện nay tất cả các máy

TĐĐT đều hiển thị giá trị hiệu độ cao theo sơ đồ đo cao phía trước

trên màn hình, tuy nhiên kết quả này chứa nhiều nguồn sai số. Do

vậy phải sử dụng công thức (2.16) và (2.17) để tính hiệu độ cao.

6. Sử dụng chương trình “ETS 2013” để giới hạn chiều dài tia

ngắm từ máy TĐĐT đến gương.

2.3.4.2. Phương pháp thành lập lưới khống chế độ cao bằng máy

TĐĐT

- Sử dụng chương trình “ETS 2013” để ước tính chiều dài tia

ngắm cho thấy máy TĐĐT phù hợp để đo cao hạng III, hạng IV.

- Xây dựng phương pháp đo và xử lý số liệu.

2.3.5. Thành lập đồng thời lƣới đƣờng chuyền cấp 2 và lƣới

khống chế độ cao hạng IV bằng máy TĐĐT

2.3.5.1. Phương pháp đo và xử lý số liệu

Đưa ra các yêu cầu về chiều dài tia ngắm, sơ đồ đo, phương

pháp đo và xử lý số liệu.

2.3.5.2. Đánh giá hiệu của phương pháp thành lập đồng thời lưới độ

cao hạng IV và lưới đường chuyền cấp 2 bằng máy TĐĐT

Tiến hành so sánh hiệu quả của phương pháp này với phương

pháp truyền thống.Phương pháp truyền thống để thành lập lưới

đường chuyền cấp 2 và lưới độ cao hạng IV là sử dụng kết hợp

máy TĐĐT và máy thủy bình.

Kết quả so sánh cho thấy phương pháp này có chi phí chỉ

bằng 63% chi phí của phương pháp truyền thống. Đặc biệt là dễ

dàng vượt qua địa hình khó khăn.

2.4. NGHIÊN CỨU BỐ TRÍ VỊ TRÍ ĐIỂM MẶT BẰNG VÀ ĐỘ CAO

BẰNG MÁY TĐĐT TRONG THI CÔNG ĐƢỜNG Ô TÔ

2.4.1. Ứng dụng máy TĐĐT bố trí vị trí điểm mặt bằng

Tất cả các máy TĐĐT đều có chương trình bố trí điểm mặt

bằng (chương trình “setting out”). Tuy nhiên trong tài liệu của máy

không có thông tin về độ chính xác, do vậy cần phải khảo sát đánh

giá độ chính xác từ đó xác định điều kiện áp dụng.

2.4.1.1. Phân tích sai số bố trí điểm bằng chương trình “setting

out” của máy TĐĐT

Bổ sung ảnh hưởng của sai số do lưới khống chế [29], khi đó

sai số vị trí điểm C xác định như sau:

(2.39)

Các công thức (2.39) cho thấy khoảng cách S từ máy TĐĐT

đến gương có ảnh hưởng đến nhiều nguồn sai số bố trí. Theo

catalog của máy S=1,5÷ 1500m nên sẽ ảnh hưởng lớn đến độ

chính xác. Vì vậy cần khảo sát ảnh hưởng của S đến sai số vị trí

điểm từ đó xác định phạm vi ứng dụng trong từng trường hợp.

2.4.1.2. Ứng dụng chương trình “setting out” bố trí vị trí mặt bằng

trong thi công đường ô tô

- Ứng dụng chương trình “setting out” bố trí cọc tim tuyến: Độ chính xác bố trí cọc timtuyến là mtim=10cm [28]. Khảo sát độ chính xác bố trí điểm theo công thức (2.39) với chiều dài cạnh lưới

trung bình là b=200m.Kết quả tính cho thấy:

+ Mặc dù chiều dài tia ngắm của máy TĐĐT lớn nhất đến

1500m với gương đơn, tuy nhiên để bố trí cọc tim đường thì chiều

dài tia ngắm của máy TĐĐT không được lớn hơn 260m.

+ Độ chính xác đo góc, đo cạnh của máy TĐĐT ít ảnh hưởng

đến độ chính xác bố trí. Do vậy không cần lựa chọn máy TĐĐT có

độ chính xác cao khi bố trí cọc tim đường.

- Ứng dụng chương trình “setting out” bố trí vị trí mặt bằng

trong thi công nút giao khác mức và đường trên cao: Khảo sát độ

chính xác bố trí điểm theo công thức (2.29) với chiều dài cạnh lưới

trung bình là b=150m, độ chính xác của lưới khống chế mặt bằng là mluoi=6mm ([3]), kết quả trong hình 2.13.

Hình 2.13: Đồ thị khảo sát độ chính xác bố trí điểm bằng chương

trình “setting out” của máy TĐĐT trong thi công nút giao khác

mức và đường trên cao

Yêucầu độ chính xác bố trí mặt bằng trong thi công nút giao

khác mức và đường trên cao từ 15mm÷ 100mm. Căn cứ đồ thị hình

2.13, với độ chính xác của máy TĐĐT cho trước sẽ xác định được

khoảng cách lớn nhất từ máy TĐĐT đến điểm cần bố trí.

2.4.2. Ứng dụng máy TĐĐT bố trí vị trí điểm độ cao

Kết quả nghiên cứu cho thấy chiều dài tia ngắm có ảnh

hưởng rất lớn đến độ chính xác đo cao. Do vậy cần ước tính chiều

dài tia ngắm phù hợp với độ chính xác yêu cầu.

- Ước tính chiều dài tia ngắm:Sử dụng chương trình “ETS

2013” để ước tính chiều dài tia ngắm tương ứng với độ chính xác

yêu cầu khi thi công nền, móng, các lớp kết cấu áo đường, đỉnh trụ

đường trên cao, nút giao khác mức (Bảng 2.11)

Bảng 2.11: Kết quả ước tính chiều dài tia ngắm của máy TĐĐT

phục vụ bố trí độ cao trong thi công nền mặt đường, nút giao khác

mức và đường trên cao

Chiều dài tia ngắm (m)

TT

Ghi chú

a= 1 b=1 mz=2”

a= 2 b=2 mz=2”

a= 3 b=3 mz=3”

a= 4 b=4 mz=4”

Độ chính xác yêu cầu (mm)

1 ± 15

666

665

396

252 Thi công nền đất

2 ± 10

296

295

174

110 Thi công mặt đường

3 ± 13

557

338

208 Thi công móng

4 ± 10

334

323

186

110 Thi công đỉnh trụ

- Phương pháp bố trí độ cao: Sử dụng phương pháp đo cao từ giữa, vị trí đặt máy đảm bảo chiều dài tia ngắm D1≤Dmax, D2≤Dmax và D1≈D2, với Dmax xác định trong bảng 2.11.

Khi thực hiện bố trí độ cao phải tuân thủ phương pháp nâng

cao độ chính xác đo cao bằng máy TĐĐT.

2.4.3. Phƣơng pháp bố trí đồng thời vị trí điểm mặt bằng và độ

cao trong thi công đƣờng ô tô bằng máy TĐĐT

Tổng hợp kết quả mục 2.41 và 2.42 cho thấy độ chính xác và

chiều dài tia ngắm của máy TĐĐT hoàn toàn đáp ứng yêu cầu bố

trí đồng thời vị trí mặt bằng và độ cao trong thi công đường ô tô

trong cùng một trạm máy. Sơđồ và trình tự kỹ thuật bố trí đồng

thời vị trí mặt bằng và độ cao thể hiện trong hình 2.15

Hình 2.15: Trình tự kỹ thuật bố trí đồng thời vị trí mặt bằng và độ

cao bằng máy TĐĐT

2.4.4. Ứng dụng phƣơng pháp giao hội nghịch của máy TĐĐT

kiểm tra vị trí điểm mặt bằng trong thi công đƣờng ô tô

Trước đây phương pháp này ít được sử dụng do tính toán khá

phức tạp, tuy nhiên trong máy TĐĐT đã lập sẵn chương trình

“Free Station” nên việc tính toán bằng phần mềm tiện tích của

máy. Trên cơ sở đó đề xuất ứng dụng chương trình “Free Station”

để kiểm tra vị trí mặt bằng trong xây dựng đường ô tô.

2.5. PHƢƠNG PHÁP ĐO VẼ MẶT CẮT ĐỊA HÌNH TRONG GIAI

ĐOẠN KHẢO SÁT THIẾT KẾ BẢN VẼ THI CÔNG BẰNG MÁY

TĐĐT

Yêu cầu của công tác khảo sát lập thiết kế bản vẽ thi công là

phải thể hiện đúng địa hình thực tế để xác định chính xác khối

lượng của hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công.

2.5.1. Đo mặt cắt dọc tuyến đường bằng máy TĐĐT

Trước đây công tác đo mặt cắt dọc được thực hiện sau khi bố

trí tuyến đường. Khi sử dụng máy TĐĐT cho phép kết hợp công

tác bố trí tuyến đường và đo mặt cắt dọc trong cùng một trạm máy,

đồng thời độ chính xác đo mặt cắt dọc được nâng cao so với

phương pháp truyền thống.

2.5.2. Đo mặt cắt ngang tuyến đường bằng máy TĐĐT

Ứng dụng chức năng đo mặt cắt ngang tuyến đường bằng

máy TĐĐT không chỉ đảm bảo độ chính xác yêu cầu mà còn nâng

cao năng suất và dễ dàng thực hiện với địa hình khó khăn.

CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÁY TĐĐT VÀ MÁY

TBĐT TRONG QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ NỀN ĐƢỜNG

3.1. MỤC ĐÍCH VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC CÔNG TÁC QUAN TRẮC

CHUYỂN VỊ NỀN ĐƢỜNG

3.1.1. Mục đích công tác quan trắc chuyển vị nền đƣờng

Phân tích làm rõ mục đích công tác quan trắc chuyển vị nền

đường trên đất yếu, nền đường đắp cao, tường chắn và mái taluy.

3.1.2. Độ chính xác quan trắc chuyển vị nền đƣờng

Kiến nghị sử dụng hệ số đặc trưng cho độ tin cậy của kết quả

quan trắc =2 tương ứng với độ tin cậy 95%. Đề xuất độ chính xác

quan trắc chuyển vị nền đường trên đất yếu, nền đường đắp cao

phù hợp với yêu cầu kiểm soát tốc độ chuyển vị. Nêu các tiêu

chuẩn đánh giá độ ổn định lưới khống chế cơ sở.

3.2. XÁC ĐỊNH CHU KỲ QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ NỀN ĐƢỜNG

Nêu công thức xác định chu kỳ quan trắc dựa trên vận tốc

chuyển vị và độ chính xác quan trắc. Trên cơ sở đó đưa ra khuyến

cáo điều chỉnh vận tốc và độ chính xác quan trắc theo tình hình

thực tế quan trắc.

3.3. QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NỀN ĐƢỜNG TRÊN ĐẤT YẾU BẰNG

MÁY TĐĐT VÀ MÁY TBĐT

3.3.1. Phƣơng pháp thành lập lƣới khống chế cơ sở và phƣơng

pháp đo quan trắc

Đề xuất yêu cầu bố trí mốc lưới khống chế cơ sở, mốc quan

trắc. Ước tính độ chính xác và xây dựng phương pháp thành lập

lưới khống chế cơ sở bằng máy TBĐT, phương pháp đo quan trắc

thực hiện bằng máy TBĐT và máy TĐĐT. Trong đó để quan trắc

lún bằng máy TĐĐT thì độ chính xác tối thiểu của máy là đo góc

2”, đo cạnh 2+ 2ppm.D. Chiều dài tia ngắm lớn nhất từ máy

TĐĐT đến gương từ 59÷101m.

3.3.2. Phƣơng pháp phân tích số liệu quan trắc lún nền đƣờng

trên đất yếu

3.3.2.1. Khái quát phương pháp phân tích số liệu quan trắc lún

theo Asaoka và Hyperbolic

Nêu cơ sở toán học, độ tin cậy và phạm vi áp dụng của

phương pháp phân tích số liệu quan trắc lún theo Asaoka và

Hyperbolic.

3.3.2.2. Ứng dụng nguyên lý “số bình phương tối thiểu” phân tích

số liệu quan trắc lún theo Asaoka và Hyperbolic

Phân tích đặc điểm công tác phân tích số liệu quan trắc lún

nền đường trên đất yếu. Xác định cơ sở khoa học ứng dụng

“nguyên lý số bình phương tối thiểu” để phân tích số liệu quan trắc

lún theo Asaoka và Hyperbolic, xây dựng trình tự tính toán bằng

giải tích và Trendline của Excel.

3.4. QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ NGANG CỦA NỀN ĐƢỜNG BẰNG

MÁY TĐĐT

3.4.1. Quan trắc chuyển vị ngang nền đƣờng đắp trên đất yếu

bằng máy TĐĐT

- Bố trí mốc lưới khống chế cơ sở và mốc quan trắc chuyển vị

ngang

- Đề xuất công tác quan trắc với một cấp lưới, ước tính độ

chính xác và phương pháp quan trắc chuyển vị ngang bằng máy

TĐĐT. Kiến nghị 03 sơ đồ lưới quan trắc với độ chính xác tối

thiểu của máy TĐĐT là: đo góc 3”, đo cạnh 3+ 3ppm.D.

3.4.2. Quan trắc chuyển vị ngang của nền đƣờngđắp cao bằng

máy TĐĐT

- Bố trí mốc lưới khống chế cơ sở và mốc quan trắc chuyển vị

ngang phù hợp với yêu cầu quan trắc chuyển vị ngang nền đường

đắp trong quá trình khai thác.

- Đề xuất công tác quan trắc với hai cấp lưới riêng biệt (lưới

khống chế cơ sở và lưới quan trắc). Đề xuất 03 phương án lưới

khống chế cơ sở, kiến nghị phương pháp giao hội góc- cạnh để

quan trắc chuyển vị ngang.

3.5. TRÌNH TỰ KỸ THUẬT QUAN TRẮC ĐỒNG THỜI ĐỘ LÚN VÀ

CHUYỂN VỊ NGANG CỦA NỀN ĐƢỜNG TRÊN ĐẤT YẾU BẰNG

MÁY TĐĐT

Kết quả nghiên cứu cho thấy máy TĐĐT đáp ứng yêu cầu

quan trắc độ lún và chuyển vị ngang của nền đường trên đất yếu.

Trên cơ sở đó xây dựng trình tự kỹ thuật quan trắc đồng thời độ

lún và chuyển vị ngang của nền đường trên đất yếu bằng máy

TĐĐT.

CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

4.1. PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO CAO BẰNG

MÁY TĐĐT

4.1.1. Mục đích và phƣơng pháp thực nghiệm

- Công tác thực nghiệm nhằm kiểm chứng phương pháp nâng

cao độ chính xác đo cao bằng máy TĐĐT, đồng thời đánh giá kết

quả ước tính chiều dài tia ngắm của chương trình tính “ETS 2013”.

- Thực nghiệm thực hiện trên đường Láng- Hòa Lạc kéo dài,

chiều dài tuyến thực nghiệm khoảng 1100m, khu vực thực nghiệm

có địa hình thay đổi nhiều(chênh cao lớn nhất là 12,6m). Trên

tuyến bố trí các mốc thực nghiệm với khoảng cách ≈20m.

Thời gian thực nghiệm tiến hành trong hai đợt. Đợt 1 từ 27/4/2012 đến 8/5/2012 với nhiệt độ không khí từ 250÷ 400C. Đợt

16 2 từ 24/11/2012 đến 3/12/2012 với nhiệt độ không khí từ 190÷ 220C. Tổng số 10 kết quả thực nghiệm. 4.1.2. Xác định chiều dài tia ngắm và đánh giá kết quả thực

nghiệm

- Sử dụng chương trình “ETS 2013” để ước tính chiều dài tia

ngắm của máy TĐĐT TCR703 và DTM332 (ký hiệu là LT), so

sánh với chiều dài tia ngắm thực nghiệm (ký hiệu là TN).

- Trong phạm vi thực nghiệm cho thấy máy TĐĐT đáp ứng

yêu cầu đo cao với sai số khép của lưới độ cao hạng III, IV. Chương

trình “ETS 2013” phù hợp để ước tính chiều dài tia ngắm.

4.2. PHƢƠNG PHÁP BỐ TRÍ VỊ TRÍ ĐIỂM ĐỘ CAO BẰNG MÁY

TĐĐT TRONG THI CÔNG NÚT GIAO KHÁC MỨC VÀ ĐƢỜNG

TRÊN CAO

4.2.1. Mục đích, thiết bị và phƣơng pháp thực nghiệm

- Kiểm chứng sự phù hợp của máy TĐĐT bố trí độ cao trong

thi công nút giao khác mức và đường trên cao, đồng thời kiểm tra

kết quả ước tính chiều dài tia ngắm của chương trình “ETS 2013”

trong bố trí độ cao. Sử dụng thiết bị thực nghiệm là máy TĐĐT

TCR 703 của Leica- Thụy Sỹ.

- Bản chất của công tác bố trí độ cao trong thi công nút giao

khác mức và đường trên cao là thực hiện truyền độ cao từ mốc ở

mặt đất lên các bộ phận công trình theo phương đứng. Trong điều

kiện Việt Nam hiện nay chưa có công trình nút giao khác mức với

chiều cao lớn, vì vậy lựa chọn thực nghiệm theo mô hình truyền độ

cao lên các tầng của nhà A2 trong khuôn viên trường đại học

GTVT.

4.2.2. Đánh giá kết quả thực nghiệm

Với tổng số 290 kết quả thực nghiệm, sau khi kiểm tra và loại

bỏ các kết quả đo chứa sai số thô.

Sử dụng tiêu chuẩn sai số trung phương để đánh giá kết quả

thực nghiệm, kết quả tính trong bảng 4.4 cho thấy sai số trung

phương bố trí và kiểm tra độ cao từ 02 mốc lên 05 vị trí từ tầng 2

đến tầng 6 của nhà A2 lớn nhất là ±5,6mm, đáp ứng yêu cầu bố trí

độ cao với độ chính xác ±10mm.Kết quả thực nghiệm cho thấy máy

TĐĐT đáp ứng yêu cầu bố trí độ cao trong xây dựng nút giao khác

mức và đường trên cao.

4.3. THÀNH LẬP LƢỚI ĐƢỜNG CHUYỀN CẤP 2 BẰNG PHƢƠNG

PHÁP “GPS- ĐỘNG”

4.3.1. Mục đích, phƣơng pháp thực nghiệm

- Nhằm kiểm chứng phương pháp đo “GPS- động” để thành

lập lưới đường chuyền cấp 2, đồng thời từ thực tế thực nghiệm xác

định những vấn đề cần lưu ý khi ứng dụng phương pháp đo “GPS-

động” trong thành lập lưới đường chuyền cấp 2.

- Công tác thực nghiệm tiến hành trên tuyến đường đê ven

sông Hồng, chiều dài tuyến khoảng 10km. Đo tĩnh bằng máy một

tần số GPS Ruide GPS R70 của hãng South, đo động bằng máy hai

tần R8 của hãng Trimble.

+Ở hai đầu tuyến đo sử dụng hai điểm lưới địa chính cơ sở số

hiệu là 104528 và 104554 làm trạm cơ sở 1 và cơ sở 2.

+Trạm động: Bố trí với khoảng cách từ 200÷300m/điểm với

tổng số 29 điểm, phù hợp với khoảng cách quy định giữa hai điểm

đường chuyền cấp 2. Sử dụng phương pháp đo động xử lý sau. Số

trị đo tại trạm động là 10 epoch, thời gian thu tín hiệu tại một điểm

là 20 giây.

+ Điểm kiểm tra:Bố trí 06 điểm kiểm tra từ KT2 đến KT7

(điểm kiểm tra là điểm được đo kiểm tra bằng phương pháp đo

tĩnh). Thời gian đo tĩnh tại điểm kiểm tra là 1h20’.

Tổng thời gian thực nghiệm đo động hết 50 phút, như vậy

trong mỗi ca đo sẽ đo được khoảng 280 điểm.

4.3.2. Đánh giá kết quả thực nghiệm

Kết quả đo tĩnh và đo động được trút sang máy tính để xử lý

bằng phần mềm kèm theo máy.

- Độ chính xác đo động và đo tĩnh:Kết quả cho thấy sai số vị trí điểm lớn nhất của kết quả đo động là mđộng=16mm, đo tĩnh là mtĩnh=4,3mm.

- So sánh kết quả đo tĩnh và đo động: So sánh tọa độ giữa kết

quả đo tĩnh và đo động tại điểm kiểm tra tương ứng với phương án

một và hai trạm cơ sở. Công thức kiểm tra như sau:

(4.3)

(Xt, Yt) làtọa độ đo tĩnh, (Xd, Yd) làtọa độ đo động Kết quả kiểm tra cho thấy sự chênh lệch rõ ràng giữa phương

án đo một trạm cơ sở với phương án đo hai trạm cơ sở(càng xa

trạm cơ sở thì sai số càng lớn và ngược lại).

Kết quả thực nghiệm cho thấy phương pháp đo “GPS- động”

với hai trạm cơ sở đáp ứng yêu cầu thành lập lưới đường chuyền

cấp 2 trong xây dựng đường ô tô.

4.4. PHÂN TÍCH SỐ LIỆU QUAN TRẮC LÚN TRONG DỰ ÁN XÂY

DỰNG ĐƢỜNG CAO TỐC HÀ NỘI- HẢI PHÒNG ĐOẠN KM8+ 700-

KM8+ 880 (EX2-14)

4.4.1. Khái quát công tác quan trắc chuyển vị nền đƣờng trên

đất yếu trong Dự án đƣờng cao tốc Hà Nội- Hải Phòng, đoạn

km8+700- km8 + 880

Phương án quan trắc đã thực hiện đảm bảo tối thiểu về chi

phí nhưng thiếu luận chứng kỹ thuật về độ chính xác và phương

pháp quan trắc.

4.4.2. Ứng dụng nguyên lý “số bình phƣơng tối thiểu” phân

tích số liệu quan trắc lún theo Asaoka và Hyperbolic.

Công tác phân tích số liệu thực hiện bằng giải tích và

Trendline của Excel theo nguyên lý “số bình phương tối thiểu” với

hai phương pháp Asaoka và Hyperbolic. Kết quả tính trong cho

thấy:

- Giá trị độ lún cuối cùng và độ cố kết tính theo Asaoka và

Hyperbolic chênh lệch nhỏ.

- Cùng một phương pháp Asaoka hoặc Hyperbolic nếu tính

theo giải tích hoặc Trendline kết quả là như nhau. Nhưng sử dụng

Trendline có tốc độ tính toán nhanh và đơn giản.Kết quả tính toán

phù hợp với nghiên cứu lý thuyết trong Chương 3.

4.5. QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ TRÊN ĐƢỜNG CAO TỐC NỘI BÀI-

LÀO CAI

4.5.1. Xác định chu kỳ quan trắc và bố trí mốc quan trắc

- Sử dụng công thức (3.18) trong chương 3 để xác định

khoảng thời gian giữa hai chu kỳ quan trắc. Kết quả xác định chu

kỳ quan trắc theo tháng.

- Bố trí 06 mốc quan trắc chuyển vị mái taluy và 03 mốc

quan trắc chuyển vị trên mặt đường.

4.5.2. Quan trắc chuyển vị ngang bằng máy TĐĐT

4.5.2.1. Thành lập lưới khống chế cơ sở

Sử dụng máy TĐĐT TCR 703 với sào+ kẹp gương để đo góc

và đo cạnh trong lưới, số góc đo là 6 góc và số cạnh đo là 8 cạnh.

Bình sai lưới bằng phần mềm PickNet 3.0 theo phương pháp lưới

tự do. Từ chu kỳ “1” trở đi tiến hành đánh giá ổn định của lưới

khống chế cơ sở theo công thức (3.12).

4.5.2.2. Phương pháp đo quan trắc chuyển vị ngang

- Quan trắc chuyển vị ngang bằng phương pháp giao hội góc-

cạnh.

- Kết quả thực nghiệm cho thấy độ lớn của chuyển vị ngang

lớn nhất tại vị trí trên mặt đường sau 4 chu kỳ quan trắc trên mặt

cắt 5 là 45,4mm. Hướng của chuyển vị tại các vị trí quan trắc

không tuân theo quy luật.

4.5.3. Quan trắc độ lún bằng máy thủy bình điện tử

4.4.3.1. Thành lập lưới khống chế cơ sở quan trắc lún

- Lưới khống chế cơ sở quan trắc lún bố trí trùng với lưới

khống chế cơ sở quan trắc chuyển vị ngang.

- Đo lưới theo phương pháp đo cao hình học từ giữa với thiết

bị là máy thủy bình điện tử NA3002 của hãng Leica. Xử lý số liệu

bằng phần mềm PickNet 3.0. Tại mỗi chu kỳ đều kiểm tra ổn định

của mốc.

4.5.3.2. Đo quan trắc lún

Thiết bị đo là máy TBĐT NA3002. Sơ đồ đo theo tuyến phù

hợp với điểm gốc là lưới khống chế độ cao cơ sở.

4.5.3.3. Xử lý kết quả quan trắc

Kết quả đo được bình sai bằng phần mềm PickNet 3.0 với

phương pháp bình sai lưới phụ thuộc, sau 04 chu kỳ quan trắc độ

lún tổng cộng sau lớn nhất tại mặt cắt 4 là 270mm, nhỏ nhất tại

mặt cắt 5 là 63,4mm.Theo quy định [2], độ lún trên đường cao tốc

ở gần mố cầu ≤10cm. Kết quả quan trắc tại mặt cắt 2 độ lún là

269,5mm, lớn hơn khoảng 150% so với quy định. Do vậy tại vị trí

này độ lún không đảm bảo yêu cầu, cần phải tiếp tục theo dõi,

kiểm tra trong quá trình khai thác.

KẾT LUẬN

Để góp phần nâng cao chất lượng xây dựng và an toàn khai

thác đường ô tô, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ trắc địa

hiện đại trong xây dựng và khai thác đường ô tô ở Việt Nam”

được tiến hành và đạt được những kết quả sau:

1. Nghiên cứu phƣơng pháp nâng cao độ chính xác đo cao

bằng máy TĐĐT

Kiến nghị 06 giải pháp nâng cao độ chính xác đo cao bằng

máy TĐĐT và lập chương trình ước tính chiều dài tia ngắm “ETS

2013”. Những giải pháp được kiểm chứng bằng 10 kết quả thực

nghiệm cho thấy máy TĐĐT đáp ứng yêu cầu đo cao với sai số

khép độ cao hạng III.

2. Nghiên cứu ứng dụng máy TĐĐT và công nghệ GPS

trong thi công đƣờng ô tô

- Nghiên cứu phương pháp thành lập lưới đường chuyền cấp

2 từ kết quả đo “GPS- động”. Đây là phương pháp có ưu thế nổi

trội về năng suất đo so với phương pháp truyền thống.

- Trên cơ sở kết hợp kết quả nghiên cứu đo cao bằng máy

TĐĐT và phương pháp thành lập lưới đường chuyền cấp 2, đề tài

đã xây dựng phương pháp thành lập đồng thời lưới đường chuyền

cấp 2 và lưới độ cao hạng IV bằng máy TĐĐT.

- Từ kết quả nghiên cứu đo cao bằng máy TĐĐT và khảo sát

độ chính xác bố trí điểm bằng chương trình “setting out”, đề tài đã

xác định điều kiện và xây dựng trình tự kỹ thuật để bố trí đồng thời

vị trí mặt bằng và độ cao bằng máy TĐĐT trong thi công đường ô

tô.

3. Nghiên cứu phƣơng pháp quan trắc chuyển vị nền

đƣờng bằng máy TĐĐT, máy TBĐT.

- Quan trắc chuyển vị nền đường trên đất yếu: Xuất phát từ

yêu cầu kiểm soát tốc độ lún và chuyển vị ngang, đề tài đã đề xuất

phương pháp xác định độ chính xác của công tác quan trắc chuyển

vị nền đường trên đất yếu, dựng phương pháp thành lập lưới,

phương pháp quan trắc bằng máy TĐĐT và TBĐT phù hợp yêu

cầu kỹ thuật và đáp ứng yêu cầu kiểm soát tốc độ chuyển vị theo

quy định.

- Quan trắc chuyển vị nền đường đắp cao: Đề tài đã xây

dựng phương pháp thành lập lưới khống chế cơ sở, phương pháp

quan trắc chuyển vị nền đường đắp cao. Kết quả thực nghiệm quan

trắc một đoạn tuyến của dự án đường cao tốc Nội Bài- Lào Cai đã

đánh giá chuyển vị ngang của mặt đường, xác định độ lún của nền

đường vượt quá tiêu chuẩn, điều này đã minh chứng ý nghĩa khoa

học và thực tiễn của công tác quan trắc chuyển vị nền đường trong

quá trình khai thác.

4. Nghiên cứu phƣơng pháp phân tích số liệu quan trắc

lún nền đƣờng trên đất yếu

Phương pháp Asaoka và Hyperbolic được sử dụng phổ biến

trên thế giới và trong một số dự án lớn ở Việt Nam. Kiến nghị sử

dụng nguyên lý “số bình phương tối thiểu” và phương pháp tính

bằng giải tích và Trendline của Excel để phân tích số liệu quan trắc

lún phương pháp Asaoka và Hyperbolic, kết quả thực nghiệm cho

thấy phương pháp sử dụng Trendline có ưu điểm nhanh chóng,

đơn giản và trực quan.

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA NCS

1. Nguyễn Văn Chính (2008), Phương pháp thành lập lưới

đường chuyền cấp 2 bằng công nghệ GPS trong khảo sát

đường ô tô, Tạp chí cầu đường số 8+9/2008

2. Nguyễn Văn Chính (2010), Đánh giá ảnh hưởng của sai số

ngắm gương đến kết quả đo cao lượng giác bằng máy TĐĐT,

Tạp chí khoa học GTVT số 32.

3. Nguyễn Văn Chính (2012), Đánh giá ảnh hưởng của điều

kiện khí quyển khi đo bằng máy TĐĐT và giải pháp khắc

phục trong điều kiện Việt Nam, Tạp chí khoa học GTVT số

40- 12/2012

4. Lã Văn Chăm, Nguyễn Văn Chính (2013), Đánh giá độ chính

xác đo cao bằng máy TĐĐT trong điều kiện Việt Nam, Tạp

chí cầu đường số tháng 6/2013

5. Nguyễn Văn Chính (2013), Ứng dụng máy TĐĐT phục vụ bố

trí và kiểm tra độ cao trong thi công nút giao khác mức và

đường trên cao trong điều kiện Việt Nam, Tạp chí giao thông

vận tải số 7/2013

6. Nguyễn Văn Chính (2005), Nghiên cứu đánh giá độ chính xác

đo cao của máy TĐĐT phục vụ xây dựng công trình giao

thông, Đề tài NCKH cấp trường đại học GTVT- mã số

T2005- CT12.

7. Nguyễn Văn Chính (2009), Nghiên cứu ảnh hưởng độ lớn góc

đứng đến độ chính xác đo hiệu độ cao của máy TĐĐT, Đề tài

NCKH cấp trường đại học GTVT- mã số T2009- CT01.

8. Nguyễn Văn Chính (2010), Nghiên cứu ảnh hưởng góc

nghiêng mặt gương đến kết quả đo cao của máy TĐĐT, Đề tài

NCKH cấp trường đại học GTVT- mã số T2010- CT08.

24 9. Nguyễn Văn Chính (2011), Nghiên cứu các thông số ảnh

hưởng đến độ chính xác đo cao bằng công nghệ GPS phục vụ

xây dựng công trình giao thông, Đề tài NCKH cấp trường đại

học GTVT- mã số T2009- CT01.

10. Nguyễn Văn Chính (2011), Nghiên cứu ứng dụng đo cao

bằng công nghệ GPS trong xây dựng đường ô tô, Đề tài

NCKH cấp trường đại học GTVT- mã số NCS2011- CT08.

11. Nguyễn Văn Chính (2013), Nghiên cứu phương pháp bố trí và

kiểm tra độ cao bằng máy TĐĐT trong thi công nút giao khác

mức và đường trên cao, Đề tài NCKH cấp trường đại học

GTVT- mã số T2013- CT25.