Phương pháp chuyền độ cao qua giếng đứng xuống hầm bằng máy toàn đạc điện tử

Đăng ngày 10:00, 05/05/2017

Nội dung của bài báo trình bày nguyên lý và khả năng của phương pháp chuyền độ cao qua giếng đứng xuống hầm bằng máy toàn đạc điện tử. Trong nội dung bài báo còn đưa ra kết quả đo thực nghiệm khi áp dụng một số  giải pháp kỹ thuật chuyên dụng để truyền độ cao qua giếng đứng xuống hầm bằng máy toàn đạc điện tử.

Phương pháp chuyền độ cao qua giếng đứng xuống hầm bằng máy toàn đạc điện tử

1. Đặt vấn đề

Trong thi công các  công trình hầm đối hướng, cần phải chuyền độ cao từ mặt đất xuống hầm qua giếng đứng, nhằm kết nối lưới độ cao mặt đất và lưới độ cao thi công hầm trong cùng một hệ độ cao thống nhất với mục đích đảm bảo độ chính xác đào thông hầm. Hiện nay, phương pháp chuyền độ cao qua giếng đứng xuống hầm chủ yếu vẫn sử dụng một số phương pháp đo truyền thống bằng thước thép và dây thép [1]. Với các phương pháp chuyền độ cao này cần phải tổ chức đo đạc rất phức tạp và chiều sâu chuyền độ cao bị hạn chế theo độ dài của thước thép. Việc nghiên cứu ứng dụng máy toàn đạc điện tử để chuyền độ cao xuống hầm [3] đã cho phép đảm bảo độ chính xác và nâng cao hiệu quả của công tác đo cao khi thi công các công trình hầm đốí hướng. Tuy nhiên cần phải tiến hành đo đạc thực nghiệm nhằm kiểm định độ chính xác chuyền độ cao xuống hầm đạt được, cũng như nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật cần thiết khi sử dụng máy toàn đạc điện tử để chuyền độ cao xuống hầm qua giếng đứng.             

2. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Sơ đồ chuyền độ cao bằng máy toàn đạc điện tử qua giếng đứng xuống hầm được đưa ra (hình 1). Tại một vị trí trên mặt đất, cách giếng đứng một khoảng cách từ 10-15m đặt một máy toàn đạc điện tử D. Trên miệng giếng đặt một gương phẳng P hay một lăng kính có thể quay quanh một trục cố định tạo thành một góc tới 450 so với phương nằm ngang là đường chuyền của tia sáng.

Sơ đồ nguyên lý chuyền độ cao xuống hầm bằng máy toàn đạc điện tử

 

Hình 1. Sơ đồ nguyên lý chuyền độ cao xuống  hầm bằng máy toàn đạc điện tử

 

Nhờ gương phẳng phụ này mà tia sáng từ máy toàn đạc điện tử đến gương phẳng P được thay đổi hướng đi 900 và hướng đến gương phản xạ O đặt ở dưới hầm. Tia phản xạ trở lại gương P và bộ phận thu nhận ánh sáng của máy toàn đạc điện tử.

Trình tự đo đạc để chuyền độ cao từ mặt đất xuống hầm triển khai như sau:

- Từ điểm A là điểm khống chế độ cao trên mặt đất có độ cao là HA dùng một máy thuỷ chuẩn để xác định độ cao của tâm phát sóng trên máy toàn đạc điện tử bằng cách đọc số trên mia dựng tại điểm A (số đọc a1) và số đọc của thước mm đặt tại tâm phát sóng  của máy toàn đạc điện tử (a2). Để gương phẳng P ở vị trí vuông góc với phương phát sóng và đo khoảng cách l. Chuyển gương P sang vị trí tạo với tia sóng  một góc 450 để tia sóng phát xuống hầm và phản xạ quay trở lại máy toàn đạc điện tử, đo được khoảng cách S

- Trong hầm tiến hành chuyền độ cao từ gương O đến điểm B là điểm khống chế độ cao trong hầm bằng cách sử dụng máy thuỷ chuẩn đọc số trên mia tại điểm B (số đọc b1) và đọc số trên thước đo tại gương phản xạ O (số đọc b2). Khi đó độ cao của điểm B trong hầm được tính theo công thức:

HB = HA + (a1 – a2) – (S-l) - (b1 – b) ,     (1)

trong đó:                                  

HA là độ cao của điểm A trên mặt đất;

a1, a2 là số đọc trên các mia ở trên mặt đất;

l là khoảng cách từ gương phẳng phụ đến máy đo khoảng cách;

S là khoảng cách đo được bằng máy đo dài từ máy đến gương O trong hầm;

b1, b2 là số đọc trên các mia ở trong hầm.

Phương pháp chuyền độ cao xuống hầm bằng máy toàn đạc điện tử xuống hầm có nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp chuyền độ cao truyền thống, nhưng cần phải tiến hành đo thực nghiệm để khẳng định về độ chính xác và khả năng ứng dụng của phương pháp. 

 Trong thực nghiệm trước đây [3] chúng tôi đã tiến hành đo khoảng cách theo phương nằm ngang (có chiều dài 500 m) qua gương phẳng P (có góc lệch 450 so với phương truyền sóng) để nghiên cứu về khả năng ứng dụng của phương pháp. Kết quả thực nghiệm cho thấy đã thu được ánh sáng phản xạ qua gương phẳng P và độ chính đo khoảng cách qua gương P đạt mh=1.2mm [3].     

Vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện ở đây là:

- Độ chính xác đo khoảng cách qua gương P xuống hầm theo phương thẳng đứng, tương ứng với việc chuyền độ cao xuống hầm trong điều kiện đo đạc của thực tế sản xuất.

- Phương pháp xác định độ cao của tia sóng nằm ngang hay là độ cao của tâm phát sóng (tương ứng với số đọc a2)  

3. Đo đạc và tính toán thực nghiệm

Với mục tiêu nghiên cứu như trên chúng tôi đã tiến hành đo thực nghiệm theo đúng sơ  đồ chuyền độ cao trong thực tế (hình 1). Vị trí thực nghiệm được tổ chức tại nhà AB khu giảng đường của trường Đại học Mỏ -Địa chất Hà Nội.

- Trước tiên thiết kế hai điểm mốc độ cao (A và B) nằm tại sân tầng một và trên tầng 3 của khu nhà AB và sử dụng thước thép và máy đo cao để xác định chênh cao giữa hai điểm này (hình 2). Kết quả đo cao theo 04 lần chuyền độ cao : chênh cao giữa  điểm B tại tầng 1 và điểm A tầng 3 là : 

(Δh)TT  = 7.215 m  

- Máy toàn đạc điện tử TCR 405 được đặt tại tầng 3 của khu giảng đường (hình 3). Gương phẳng P được đặt trên tầng 3 và nghiêng một góc 450 so với hướng truyền sóng (hình 4).

 

Đo thuỷ chuẩn xác định độ cao giữa các điểm mốc

 

Hình 2. Đo thuỷ chuẩn xác định độ cao giữa các điểm mốc

 

a. Thực nghiệm xác định chiều cao của tâm phát sóng D (hình 2)

Độ cao tâm phát sóng D được xác định theo hai phương án đo :

- Phương án 1: độ cao của tia sáng (điểm D) xác định bằng cách đưa tia ngắm nằm ngang (góc đứng bằng 90000'00") đọc số trên mia dựng tại điểm A.

- Phương án 2: xác định độ cao điểm tâm phát sóng D bằng máy thuỷ chuẩn (hình 5)

Máy toàn đạc điện tử điện tử TCR 403

Hình 3. Máy toàn đạc điện tử  điện tử TCR 403

Gương phẳng phụ P

Hình 4. Gương phẳng phụ P

Chuyền độ cao bằng máy toàn đạc điện tử

Hình 5. Chuyền độ cao bằng máy toàn đạc điện tử

Bảng 1. Kết quả đo thực nghiệm xác định

độ cao tia ngắm

Điểm độ cao

Độ cao của

mốc (m)

  Số đọc trên mia

(m)

Độ cao tia ngắm (m)

Phương án 1

Phương án 2

HA

10.000

1.465

11.465

 

HA

 

10.000

 

1.379

- 0.085

 

 

11.464

 

Kết qủa đo thực nghiệm theo bảng 1 cho thấy: chiều cao của tia ngắm máy toàn đạc điện tử theo sơ đồ đo tại (hình 1) được xác định theo hai phương pháp đo có độ chính xác tương đương nhau.                            

b. Thực nghiệm chuyền độ cao theo phương thẳng đứng qua gương phẳng P

- Đầu tiên để gương phẳng P vuông góc với phương truyền sóng, tiến hành đo khoảng cách tới P. Vì gương phẳng P yêu cầu độ chính xác định hướng rất cao (10), nên cần phải đo ở chế độ phát sóng liên tục (IR_TRACK) và điều chỉnh gương P cho đến khi thu được tín hiệu phản xạ. Kết quả đo được đưa ra trong bảng 3

Bảng 3. Kết quả đo khoảng cách nghiêng Dng  từ máy toàn đạc điện tử đến gương P

   Khoảng cách đo bằng TCR405

Hằng số gương

l (m)

Góc thiên đỉnh

12.953 (m)

+ 34.4 (mm)

12.987

 890 40' 30"

 

- Cho gương phẳng lệch một góc 450 đo khoảng cách từ D qua P đến gương phản xạ O đặt trên mặt đất. Kết quả đo được đưa ra trong bảng 4

Bảng 4. kết quả đo khoảng cách nghiêng Dng từ máy toàn đạc điện tử  qua gương phẳng                                                        P đến gương phản xạ O

Khoảng cách đo bằng TCR405

Hằng số gương

S (m)

Góc thiên đỉnh

21.312 (m)

- 30.0 (mm)

21.282

900 04' 04"

 

    - Dùng máy thuỷ chuẩn đo chênh cao giữa gương phản xạ O và mốc B theo sơ đồ đo ở hình 1. Kết quả đo được đưa ra trong bảng 5

Bảng 5. Kết quả đo chênh cao giữa  gương phản xạ O và mốc B

số đọc b(m)

số đọc b1(m)

Δh2(m)

1.357

0.957

0.400

 

 

- Tính số hiệu chỉnh do tia sóng lệch khỏi phương nằm ngang tại thời điểm đo khoảng cách (hình 6). Vì khoảng cách từ máy toàn đạc điện tử D đến gương O được đo theo đường    D-M-O tương ứng với góc đứng (900 04' 04") do đó ta cần phải tính đại lượng hiệu chỉnh độ cao về vị trí tia sóng nằm ngang (DM). Giá trị hiệu chỉnh được tính theo công thức :

SMN =  DM× sinMDN         (2)

SMN =  l× sin (MDN)

       =12.987 (m) × sin (0004'04")

       =  0.0153 m

Phương chuyền của tia sóng qua gương phẳng P xuống hầm

Hình 6. Phương chuyền của tia sóng qua gương phẳng P xuống hầm

 

- Độ cao điểm B được tính theo sơ đồ chuyền độ cao (hình 1):

    HB = HA + (a1 - a2) - (S -l) - (b1- b2) + SMN,(3)

Thay số vào ta có:

HB = 10.000 + 1.464 - (21.282 - 12.987)-

         - 0.400 + 0.0153 = 2.7853 m

- So sánh kết quả chuyền độ cao theo hai phương pháp                                   

Bảng 6. So sánh kết quả chuyền độ cao theo hai phương pháp

Phương pháp chuyền độ cao

Chuyền độ cao bằng thước thép

Chuyền độ cao bằng   máy toàn đạc điện tử

Chênh lệch

(m)

Độ cao điểm B (m)

2.7850

2.7843

0.0007

 

Từ kết quả so sánh trên (bảng 6) cho thấy độ cao chuyền theo phương thẳng đứng bằng máy toàn đạc điện tử có sự sai khác không đáng kể so với phương pháp chuyền độ cao bằng thước thép (Δh = 0.7 mm). Kết quả thực nghiệm này cho phép kết luận: hoàn toàn có thể sử dụng máy toàn đạc điện tử để chuyền độ cao qua giếng đứng xuống hầm với độ chính xác đảm bảo được các yêu cầu cần thiết khi thi công các công trình hầm đối hướng. Có thể sử dụng phương pháp chuyền độ cao này để thay thế cho các phương pháp chuyền độ cao truyền thống vẫn được sử dụng từ trước đến nay.

4. Kết luận

Từ những kết quả phân tích về lý thuyết và đo đạc  tính toán thực nghiệm, chúng tôi rút ra một số kết luận sau đây:

- Hoàn toàn có thể sử dụng máy toàn đạc điện tử để đo đạc chuyền độ cao qua giếng đứng xuống hầm khi thi công các công trình đường hầm có độ sâu lớn.

- Khi sử dụng máy toàn đạc điện tử để chuyền độ cao xuống hầm, có thể xác định độ cao của tia sóng theo vị trí mà nhà sản xuất đã đánh dấu trên vỏ máy toàn đạc điện tử hoặc đọc số trên mia thuỷ chuẩn ở vị trí tia sóng nằm ngang ( số đọc trên bàn độ đứng là 90000'00")  

- Để đảm bảo độ chính xác chuyền độ cao xuống hầm bằng máy toàn đạc điện tử qua hệ gương phẳng P, cần đo ở chế độ phát sóng liên tục và điều chỉnh gương P cho đến khi thu được tín hiệu phản xạ. Tính số hiệu chỉnh đo cao vào kết quả chuyền độ cao theo góc đứng tại thời điểm thu tín hiệu phản xạ theo công thức (2).

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 

[1]. Phan Văn Hiến, 2001. Trắc địa công trình ngầm. Nxb Giáo dục, Hà Nội.

[2]. Trần Viết Tuấn, Lê Đức Tình, 2006. Bài giảng môn học "Đo xa điện tử". Trường đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội. 

[3]. Trần Viết Tuấn, 2013. Nghiên cứu ứng dụng máy toàn đạc điện tử để chuyền độ cao qua giếng đứng xuống hầm khi thi công hầm đối hướng. Tạp chí Công nghiệp mỏ (số 2/2013), Hà Nội.

TRẦN VIẾT TUẤN, Trường Đại học Mỏ - Địa chất

[Google Analytics]Top