Tài liệu Đồ án Một số biện pháp nâng cao độ chính xác khống chế trắc địa mặt bằng trong hầm: Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-481
Mục lục
Mục lục 1
Mở đầu 2
Chương1 công tác trắc địa trong xây dựng đường hầm
1.1 Cơ sở trắc địa trong xây dựng công trình đường hầm 5
1.1.1 Lưới khống chế mặt bằng trên mặt bằng trên mặt đất 5
1.1.2 Định hướng cơ sở trắc địa trong hầm 6
1.1.3 Lưới khống chế trắc địa trong hầm 6
1.1.4 Thành lập hệ thống khống chế độ cao 7
1.2 Sai số đào thông hầm 8
1.2.1 Phân loại sai số đào thông hầm và hạn sai cho phép 8
1.2.2 Các nguồn sai số đào thông hầm 10
1 Các nguồn sai số ảnh hưởng tới độ chính xác hướng ngang đào thông hầm
2 Các nguồn sai số ảnh hưởng tới độ chính xác về độ cao đào thông hầm
1.2.3 Nguyên tắc phân phối các nguồn sai số 12
1. Nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau
2. Nguyên tắc ảnh hưởng không bằng nhau
1.3. Ước tính sai số của lưới khống chế trắc địa trên mặt đất đối với độ
chính xác đào thông hầm 13
1.3.1. Lưới đường chuyền 13
1. Công thức điểm cuối
2. Công thức điểm đào thông
...
42 trang |
Chia sẻ: hunglv | Lượt xem: 1321 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang mẫu tài liệu Đồ án Một số biện pháp nâng cao độ chính xác khống chế trắc địa mặt bằng trong hầm, để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-481
Mục lục
Mục lục 1
Mở đầu 2
Chương1 công tác trắc địa trong xây dựng đường hầm
1.1 Cơ sở trắc địa trong xây dựng công trình đường hầm 5
1.1.1 Lưới khống chế mặt bằng trên mặt bằng trên mặt đất 5
1.1.2 Định hướng cơ sở trắc địa trong hầm 6
1.1.3 Lưới khống chế trắc địa trong hầm 6
1.1.4 Thành lập hệ thống khống chế độ cao 7
1.2 Sai số đào thông hầm 8
1.2.1 Phân loại sai số đào thông hầm và hạn sai cho phép 8
1.2.2 Các nguồn sai số đào thông hầm 10
1 Các nguồn sai số ảnh hưởng tới độ chính xác hướng ngang đào thông hầm
2 Các nguồn sai số ảnh hưởng tới độ chính xác về độ cao đào thông hầm
1.2.3 Nguyên tắc phân phối các nguồn sai số 12
1. Nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau
2. Nguyên tắc ảnh hưởng không bằng nhau
1.3. Ước tính sai số của lưới khống chế trắc địa trên mặt đất đối với độ
chính xác đào thông hầm 13
1.3.1. Lưới đường chuyền 13
1. Công thức điểm cuối
2. Công thức điểm đào thông
1.3.2. Lưới tam giác và lưới GPS 16
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-482
1. Ước tính theo sai số trung phương vị trí điểm cuối chuỗi
2. Ước tính sai số hướng ngang điểm đào thông hầm
1.4 Ước tính độ chính xác đo đường chuyền trong hầm 20
1.4.1 Đối với đoạn hầm thẳng hoặc cong có bán kính rất lớn 20
1.4.2 Đối với đoạn hầm có bán kính nhỏ 21
Chương 2: một số biện pháp nâng cao độ chính xác khống
chế trắc địa mặt bằng trong hầm 22
2.1 Đặc điểm của khống chế trắc địa mặt bằng trong hầm 22
2.2 Các phương pháp thành lập lưới mặt bằng trong hầm 24
2.3 Các phương pháp nâng cao độ chính xác lưới 25
2.3.1 Nâng cao độ chính xác đo đạc 25
2.3.2 thiết kế một số dạng lưới mặt bằng trong hầm 26
2.4Thiết kế đường chuyền trong hầm có đo thêm phương vị bằng máy con
quay 27
2.5 Nâng cao độ chính xác chuyền tọa độ từ mặt đất xuông hầm 33
CHƯƠNG 3: THIếT Kế Và ĐO ĐạC THựC NGHIệM
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-483
Mở ĐầU
Những năm gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế thì công
cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa được thúc đẩy một cách mạnh mẽ: quy
hoạch phát triển đô thị xây dựng các nhà máy để đi vào sản xuất, xây dựng
mạng lưới giao thông, nhà máy thủy điện…ngày càng được xây dựng một
nhiều hơn, công trình cũ được tu bổ cho hiện đại hơn.
Hoà chung trong sự phát triển của khoa học kỹ thuật, thì yêu cầu thi công
vận hành công trình nói trung và công trình hầm nói giêng ngày một đòi hỏi có
độ chính xác cao, đảm bảo cho công trình có độ chính xác quy định.
Để đáp ứng nhu cầu đó thì công tác trắc địa trong xây dựng công trình hầm
giữ vai trò cực kỳ quan trọng trong suốt quá trình thiết kế, thi công, sử dụng
công trình hầm. Trong đó, đảm bảo đào thông hầm đổi hướng được đưa lên
hàng đầu. Cơ sở trắc địa phục vụ xây dựng một công trình đường hầm là lập
lưới khống chế trắc địa trên mặt đất và xây dựng hệ thống khống chế trắc địa
trong hầm. Vì vậy việc thành lập lưới khống chế có độ chính xác có vai trò rất
quan trọng, trong việc đào thông hầm đổi hướng.
Đối với công trình cụ thể, tùy từng đặc điểm cụ thể của đường hầm mà ta có
các phương pháp thành lập lưới khống chế khác nhau.
Với mục đích trên dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Phạm Quốc Khánh tôi
được nhận đề tài:
“ Một số biện pháp nâng cao độ chính xác khống chế trắc địa mặt bằng
trong hầm”
Nội dung cụ thể được trình bày như sau:
Chương 1: Công tác trắc địa trong xây dựng đường hầm
Trong chương này sẽ nêu nên cơ sở trắc địa trong xây dựng công trình hầm,
sai số đào thông hầm, ước tính sai số của lưới khống chế trắc địa trên mặt đất
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-484
với độ chính xác đào thông hầm và ước tính độ chính xác đo đường chuyền
trong hầm.
Chương 2: Một số biện pháp nâng cao độ chính xác khống chế trắc địa mặt
bằng trong hầm
Nói nên đặc điểm của khống chế trắc địa mặt bằng trong hầm, các biện pháp
thành lập lưới lưới mặt bằng trong hầm và một số biện pháp nâng cao độ chính
xác khống chế trắc địa mặt bằng trong hầm.
Chương 3: Thiết kế và đo đạc lưới thực nghiệm
Giới thiệu về mô hình đường hầm, thiết kế một số dạng lưới mặt bằng trong
hầm và đo đạc và sử lý số liệu sẽ là chứng minh cụ thể cho đề tài.
Để hoàn thành được các chủ đề nêu trên của đồ án, tôi được các thầy cô
trong khoa giúp đỡ cùng sự chỉ bảo hướng dẫn tận tình của thầy giáo Phạm
Quốc Khánh .
Mặc dù đã cố gắng nhưng do kiến thức chuyên môn còn hạn hẹp,
thời gian nghiên cứu đề tài còn ít nên đồ án không tránh khỏi
những thiếu sót. Tôi rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo
và các đồng nghiệp để đồ án được hoàn chỉnh hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn
Hà Nội 6-2008
Sinh viên
Vũ Văn Trung
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-485
CHƯƠNG I
CÔNG tác TRắC ĐịA TRONG XÂY DựNG ĐƯờng HầM
1.1 CƠ sở TRắC ĐịA TRONG XÂY DựNG CÔNG TRìNH ĐƯờNG HầM
Nhiệm vụ chủ yếu của trắc địa trong xây dựng đưòng hầm là bảo đảm đào
thông hầm đối hướng với độ chính xác theo yêu cầu. Đồng thời bảo đảm độ
chính xác xây dựng đường hầm,các công trình kiến trúc trong hầm đúng với
hình dạng kích thước thiết kế và quan trắc biến dạng công trình trong lúc thi
công cung như lúc sử dụng đường hầm.
Cơ sở trắc địa phục vụ xây dựng một công trình hầm là lập lưới khống chế
trắc địa trên mặt đất,chuyền tọa độ, phương vị và độ cao xuống hầm qua cửa
hầm, thông gió, giếng đứng, giếng nghiêng… và xây dựng hệ thống khống chế
trắc địa trong hầm
1.1.1 Lưới khống chế mặt bằng trên mặt đất
Lưới khống chế trắc địa trên mặt đất là điều kiện cơ bản, quyết định toàn bộ
các công việc trong xây dựng hầm, là cơ sở của luới khống chế trắc địa trong
hầm mà dựa vào đó để chỉ đạo đào hầm, bố trí các kiến trúc trong hầm và quan
trắc biến dạng công trình khi hầm được đưa vào sử dụng.
Việc thành lập lưới khống chế mặt bằng trên mặt đất được hoàn thành trước
khi đào hầm. trước đây lưới khống chế mặt bằng thường được thành lập dưới
dạng chuỗi tam giác đo góc có đo thêm cạnh đáy, lưới tam giác đo góc cạnh
hoặc lưới đường chuyền. Từ nhưng năm 90 của thế kỷ truớc, nước ta đã bắt đầu
ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới khống chế mặt bằng trong thi công
đường hầm điẻn hình là lưới GPS hầm HảI VÂN, lưới GPS thi công đường hầm
thủy điện A VƯƠNG…
Thành lập lưới khống chế mặt bằng trên mặt đất bằng công nghệ GPS có ưu
điểm vượt trội so với lưới trắc địa truyền thống; không cần thông hướng, độ
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-486
chính xác cao, đồ hình lưới linh hoạt, đo nhanh, chi phí thấp nên công nghệ
GPS ngày càng được sử dụng rộng rãi
1.1.2 Định hướng cơ sở trắc địa trong hầm
Việc chuyền tọa độ và phương vị từ hệ thống khống chế mặt bằng trên mặt
đất xuống hầm để tạo số liệu khởi tính cho cơ sở trắc địa trong hầm gọi là định
huớng cơ sở trắc địa trong hầm,hoặc còn gọi là đo liên hệ hoặc đo nối.Qua đó
làm cho khống chế mặt bằng trong hầm có cùng hệ tọa độ với khống chế mặt
bằng trên mặt đất.
Có thể định hướng qua cửa hầm hoặc nối đào phụ tùy thuộc vào từng hầm cụ
thể.Nếu đường hầm được định hướng qua cửa hầm thì đo nối như lưới khống
chế trên mặt đất, nếu đường hầm dài trên có giếng đứng thì có thể định hướng
đường hầm qua giếng đứng bằng phương pháp tam giác liên hệ hoặc dùng máy
con quay xác định phương vị khởi đầu của đường chuyền trong hầm.
1.1.3 Lưới khống chế trắc địa trong hầm
Do điều kiện thi công trong hầm chật hẹp nên khống chế trắc đia trong hầm
được xây dựng dưới dạng là lưới đường chuyền.Đường chuyền trong hầm được
chia thành các loại sau:
Đường chuyền tiệm cận: trong trường hợp giếng đứng được đào lệch sang
một bên của đường hầm thì cần thành lập đường chuyền tiệm cận để dẫn tọa độ
và phương vị được chuyền từ trên mặt đất xuống vào đường hầm chính.
Đường chuyền thi công: được thành lập với cạnh gắn để tiện chỉ đạo đào
hầm theo tiến độ thi công hầm .
Đường chuyền cạnh dài: Khi hầm đã đào được một đoạn dài, đường chuyền
thi công gồm nhiều cạnh gắn sẽ không đảm bảo độ chính xác về phương vị.
Lúc đó cần thành lập đường chuyền cạnh dài dựa trên các điểm của đường
chuyền thi công (bỏ qua một số điểm trung gian) để đảm bảo độ chính xác
phương vị. Đường chuyền trong hầm là đường chuyền nhánh.
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-487
1.1.4 Thành lập hệ thống khống chế độ cao
Trục đường hầm và các kiến trúc trong hầm được xác định và được bố trí
trong không gian ba chiều. Để đảm bảo thông hầm đối hướng, xây dựng các
công trình kiến trúc, lắp đặt các thiết bị trong hầm và đo lún, cần phải thành lập
hệ thống khống chế độ cao tương tự như khống chế mặt bằng, hệ thống khống
chế độ cao bao gồm:
+ Khống chế độ cao trên mặt đất: thành lập các tuyến thủy chuẩn xuất phát
từ điểm thủy chuẩn nhà nước và có thể tạo thành lưới. Tại các cửa hầm và gần
miệng giếng đứng cần có điểm mốc độ cao.
Độ chính xác của mốc độ cao trên mặt đất tùy thuộc vào yêu cầu độ chính
xác đào thông hầm đối hướng theo phương thẳng đứng (độ cao), tùy thuộc vào
chiều dài đường hầm, sai số cho phép lắp đặt thiết bị trong hầm và yêu cầu độ
chính xác đo biến dạng. Nhưng thông thường thủy chuẩn hạng III có thể đáp
ứng nhu cầu đó.
Ngoài ra có thể đo cao băng GPS. Khi đo cao bằng GPS cần chú ý đến dị
thường độ cao để chú ý chuyển độ cao trắc địa về độ cao thường.
HTD= H + (1.1)
+ Chuyền độ cao từ mặt đất xuống hầm: từ các mốc độ cao ở cửa hầm hoặc
gần miệng giếng đứng chuyền độ cao xuống hầm qua cửa hầm hoặc qua giếng
đứng để làm số liệu khởi tính độ cao trong hầm.
+ Khống chế độ cao trong hầm: thành lập các tuyến thủy chuẩn từ các điểm
khởi tính độ cao ở cửa hầm hoặc ở đáy giếng đứng đến gương hầm. Các điểm
mốc độ cao trong hầm thường trùng với các điểm đường chuyền trong hầm.
Tuyến thủy chuẩn trong hầm là tuyến nhánh.
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-488
1.2 sai số ĐàO THÔNG HầM
1.2.1 Phân loại sai số đào thông hầm và hạn sai cho phép
Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác đào thông hầm bao gồm sai số
do trắc địa, do thi công, do thiết kế, ở đây chỉ quan tâm tới sai số do trắc địa.
Trong thi công đào hầm, do sai số của lưới khống chế trên mặt đất, sai số do
liên hệ, sai số của lưới khống chế trong hầm và sai số bố trí chi tiết nên hai trục
tim hầm đào đối hướng không thể gạp nhau chính xác tuyệt đối được mà có
một tỷ lệ lệch nhất định gọi là sai số đào thông hầm đối hướng. Ký hiệu là
,sai số trung phương tương ứng ký hiệu là M (hình 1.1 , hình 1.2)
Hình 1.1 sai số đào thông hầm trong mặt phẳng nằm ngang
Hình 1.2 sai số đào thông hầm trong không gian
▲ ▲A B
Trục hầm sau khi điều chỉnh
h
P2
C
Y
q
lX
A
H
P1
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-489
+ Hình chiếu của trên hướng trục tim hầm gọi là sai số hướng dọc, ký
hiẹu là l, sai số trung phương tương ứng la Ml. Sai số này phải nằm trong
một phạm vi nhất định
Ml ≤ 4000
L (1.2)
Ml: sai số trung phương hướng dọc
L: chiều dài đoạn hầm đào đối hướng, đơn vị là mét
+ Hình chiếu của trên hướng vuông góc với trục hầm trong mặt phẳng
nằm ngang gọi là sai số hưóng ngang, kí hiệu là q, sai số trung phương tương
ứng là Mq, đây là sai số quan trọng nhất vì nếu sai số này vượt quá hạn sai cho
phép thì sẽ làm thay đổi hình dạng hình học của đường hầm dẫn tới phải điều
chỉnh đào đắp gây tổn thất cho công trình.
+ Hình chiếu của trên phương thẳng đứng gọi là sai số độ cao, ký hiệu
làh, sai số trung phương tương ứng la Mh, sai số độ cao cũng quan trọng như
sai số hướng ngang nhưng với kỹ thuạt đo cao hiện nay dễ dàng đáp ứng được
yêu cầu về độ chính xác.
Sai số trung phương hướng ngang và sai số trung phương độ cao cho phép
khi đào thông hầm đối hướng theo quy định như bảng 1.1.
Bảng 1.1. Sai số trung phưong hướng ngang và sai số trung phương độ
cao đào thông hầm đối hướng
Chiều dài đoạn hầm đào
đối hướng (km)
≤4 8 10 1013 1317 1720
Sai số trung phương
hướng ngang Mq (mm)
50 75 100 150 200 250
Sai số trung phương
độ cao Mh (mm)
25
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4810
1.2.2 Các nguồn sai số đào thông hầm
Sai số đào thông hầm chủ yếu là sai số của khống chế trên mặt đất, số đo
liên hệ và sai số của khống chế trong hầm. Như đã biết, để đảm bảo đào thông
hầm đối hướng với độ chính xác quy định thì sai số hướng ngang là quan trọng
và đáng chú ý nhất. Vì vậy cần xét các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính
xác hướng ngang đào thông hầm đối hướng.
1. Các nguồn sai số ảnh hướng tới độ chính xác hướng ngang đào thông
hầm.
a) Đối với đường hầm thẳng
Các nguồn sai số ảnh hưởng tới độ chính xác hướng ngang đào thông hầm
đối hướng
Sai số trung phương hướng ngang của khống chế trắc địa trên mặt đất, ký
hiệu là m1.
Sai số trung phương hướng ngang của định hướng hầm: nếu định hướng qua
hai cửa hầm thì không có sai số này.
+ Nếu định hướng qua một cửa hầm và một giếng đứng (hoặc giếng nghiêng
hoặc hầm phụ dài) thì sai số hướng ngang của định hướng qua giếng đứng, ký
hiệu la m2.
+ Nếu định hướng qua hai giếng đứng thì có sai số hướng ngang của định
hướng qua hai giếng đứng, ký hiệu là m2 và m3.
Sai số trung phương hướng ngang của khống chế trắc địa trong hầm, ký hiệu
là m4 va m5.
Với giả thiết các nguồn sai số độc lập với nhau thì sai số trung phương tổng
hợp hướng ngang ở chỗ đào thông hầm đối hướng sẽ tùy trường hợp mà tính
theo công thức sau:
Đối với đoạn hầm được định hướng qua hai cửa hầm:
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4811
Mq= 252421 mmm (1.3)
Đối với đoạn hầm được định hướng qua một cửa hầm và một giếng
đứng:
Mq= 25242221 mmmm (1.4)
Đối với đoạn hầm được định hướng qua hai giếng đứng:
Mq= 2524232221 mmmmm (1.5)
b) Đối với đường hầm cong
Sai số trung phương hướng ngang và sai số trung phương hướng dọc của
khống chế trắc địa đều có ảnh hưởng tới độ chính xác hướng ngang đào thông
hầm đối hướng vì vậy vế phải của công thức (1.3), (1.4) ,(1.5), phải thay bằng
sai số trung phương tổng hợp hướng ngang và hướng dọc của các nguồn sai số
tương ứng la mi’ (i= 1, 2, 3, 4, 5)
Với giả thiết sai số trung phương hướng dọc bằng sai số trung phương
hướng ngang, ta có:
mi’= mi 2 , (i= 1, 2, 3, 4, 5) (1.6)
2. Các nguồn sai số ảnh hưởng tới độ chính xác về đồ cao đào thông hầm
Phân tích tương tự như trên thì ta có các nguồn sai số ảnh hưởng tới độ chính
xác độ cao đào thông hầm:
Sai số của khống chế độ cao trên mặt đất: mh1 .
Sai số chuyền độ cao từ trên mặt đất xuống hầm:
+ 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, ta có mh2 và mh3 .
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4812
Sai số của khống chế độ cao trong hầm , tức sai số của hai tuyến thủy
chuẩn nhánh trong hầm, ký hiệu là mh4 và mh5 .
Gỉa thiết các nguồn sai số độc lập nhau thì sai số trung phương tổng hợp độ
cao ở chỗ đào thông hầm đối hướng sẽ tùy từng trường hợp mà áp dụng công
thức :
Với đoạn hầm được chuyền độ cao qua hai cửa hầm:
Mh= 222
541 h
mhmhm (1.7)
Với đoạn hầm được chuyền qua một cửa hầm và một giếng đứng :
Mh= 25
2
4
2
2
2
1 h
mhmhmhm (1.8 )
Với đoạn hầm mà độ cao được chuyền qua hai giếng đứng:
Mh= 25
2
4
2
3
2
2
2
1 h
mhmhmhmhm (1.9)
ảnh hưởng của các nguồn sai số độ cao thành phần đến độ chính xác độ
cao đào thông hầm trong hầm thẳng cũng như trong hầm cong nên chỉ áp dụng
các công thức (1.7), (1.8), (1.9) cho từng trường hợp cụ thể.
1.2.3 Nguyên tắc phân phối các nguồn sai số
Trên thực tế thi công thường cần phải phân phối thỏa đáng sai số cho phép
đào thông hầm đối hướng cho các nguồn sai số thành phần. Như vậy phương án
trắc địa mới có tính khả thi và hiệu quả cao. Có hai nguyên tắc phân phối:
1. Nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau
Nếu điều kiện thực tế cho thấy các nguồn sai số thành phần độc lập nhau
và có ảnh hưởng xấp xỉ như nhau đến độ chính xác hướng ngang đào thông
hầm đối hướng thì từ các công thức (1.3), (1.4), (1.5) ta có
m1=m4=m5= 3
qM =0,58Mq (1.10 )
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4813
m1=m2=m4=m5= 4
qM =0.5Mq (1.11 )
m1=m2=m3=m4=m5= 5
qM =0.45Mq (1.12 )
Với đường hầm cong ta có công thức tương ứng:
m1=m4=m5= 2
58,0 qM =0,41Mq (1.13 )
m1=m2=m4=m5= 2
5,0 qM =0,35Mq (1.14 )
m1=m2=m3=m4=m5= 2
45,0 qM =0,31Mq (1.15 )
Trong đó Mq là sai số hướng ngang đào thông hầm đối hướng
2. Nguyên tắc ảnh hưởng khônng bằng nhau
Nếu dựa vào điều kiện thực tế như mạng 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 (1.3), (1.4),
(1.5) và áp dụng nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau của các nguồn sai số còn lại
để tính.
1.3 ƯớC TíNH SAI Số CủA LƯới KHốNG CHế TRắC ĐịA TRÊN MặT
ĐấT ĐốI VớI Độ CHíNH XáC ĐàO THÔNG HầM
1.3.1 Lưới đường chuyền
Nếu dùng đường chuyền làm khống chế độc lập trên mặt đất thì phải thành
lập đường chuyền khép kín hoặc ít nhất cũng phải chọn ngoài đường chuyền
một vài điểm, từ đó (có thể đo góc không đo cạnh) đo hai góc nối ở điểm đầu
và điểm cuối đường chuyền để tạo thành đa giác khép kín về góc.
1. Công thức điểm cuối
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4814
Công thức tính sai số trung phương hướng ngang
cx
m của điểm cuối đường
chuyền sau khi bình sai điều kiện khép góc:
2
c
x
m =[ms2 cos2 ] + 2
2
m [ 2 ] (1.16)
Trong đó ms , m là sai số trung phương đo cạnh và sai số trung phương đo
góc đường chuyền.
là góc phương vị cạnh đường chuyền.
là hoành độ của điểm đường chuyền khi lấy trọng tâm của
đường chuyền làm gốc của hệ tọa độ.
i = yi – y0 ; y0 = 1
][
n
y ; n là số cạnh đường chuyền.
2. Công thức điểm đào thông
ảnh hưởng của sai số đo góc và đo cạnh đường chuyền đối với độ chính xác
hướng ngang đào thông hầm được tính theo công thức:
x
m =
"m ][ 2yR (1.17)
sx
m =
s
m
s
'
][ 2xd (1.18)
Trong đó m là sai số trung phương đo góc;
[R2y] là tổng bình phương khoảng cách từ các điểm của đường
chuyền đến mặt đào thông, hình 1.3.
s
m
s là sai số trung phương tương đối đo cạnh đường chuyền;
[d2x] là tổng bình phương hình chiếu của các cạnh đường chuyền lênmặt đào
thông.
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4815
Y
X
0 R y4R y2
R y3
y1
4
C3R1
T
M
Trục tim hầmM ặt đào thông
Hình 1.3 Khoảng cách từ điểm đường chuyền tới mặt đào thông
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 thì ta có:
mq= 22 xsx mm
mq= 22
2
"
"
x
s
y d
s
mR
m
(1.19)
Nếu mặt đào thông ở chính giữa đường hầm , tức mặt đào thông đi qua trọng
tâm của đường chuyền thì hai công thức (1.16) và (1.19) là như nhau.
Trong trường hợp khống chế mặt bằng trên mặt đất là chuỗi tam giác, nếu
muốn áp dụng công thức đường chuyền thì chọn trong chuỗi tam giác một
đường chuyền gần với trục tim hầm nhất và dùng công thức (1.16) hoặc (1.19)
để ước tính
Đối với lưới lưới đường chuyền công thức (1.16) và (1.19) có thể xem là
công thức ước tính chặt chẽ. Khi áp dụng cho chuỗi tam giác thì hai công thức
trên là công thức ước tính gần đúng.
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4816
1.3.2 Lưới tam giác và lưới GPS
Với chuỗi tam giác có thể ước tính gần đúng bằng các công thức lập sẵn,
trong trường hợp đó thường sử dụng thuật toán bình sai điều kiện để ứớc tính.
Hiện nay sử dụng máy tính điện tử để giải các bài toán trắc địa dựa vào thuật
toán bình sai gián tiếp đã trở nên thông dụng. Trong trắc địa công trình đường
hầm, phương pháp này được áp dụng cho hầu hết các dạng lưới khống chế. Với
lưới tam giác hoặc GPS có các phương án ước tính sau:
1. Ước tính theo sai số trung phương vị trí điểm cuối chuỗi
1) Chọn ẩn
Giả sử hệ thống cơ sở trắc địa có (m) điểm cần xác định tức có (2m) ẩn số,
có (n) trị đo (đaị lượng đo):
2) Xác định trọng số cho các trị đo
Trọng số của các trị đo được xác định theo công thức
2
2
i
i
m
CP (1.22)
Trong đó mi là sai số trung phương của trị đo thứ i:
C là hằng số tự chọn.
3) Lập phương trình số hiệu chỉnh
Phương trình có dạng tuyến tính
Vi= ai1x1+ ai2x2+ ai3x3+…+ aikxk+ li (1.23)
Bằng phép tính ma trận ta có thể biểu diễn tất cả các phương trình số
hiệu chỉnh dưới dạng:
V=A.X+L (1.24)
Trong đó: A là ma trận hệ số, V là véc tơ số hiệu chỉnh, L là véc tơ số
hạng tự do, X là véc tơ ẩn số.
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4817
knnknn
k
k
xl
l
l
aaa
aaa
aa
A
...
x
x
X;
...
L;
v
...
v
v
V;
...
............
...
...a
2
1
2
1
n
2
1
21
22221
11211
4) Lập hệ phương trình chuẩn
Từ các phương trình số hiệu chỉnh và ma trận trọng số P ta lập được hệ
phương trình chuẩn:
ATPAX + ATPL =0 (1.25)
RX + B =0
X =-R-1B=-Q-1B
Q = R-1
Với R=ATPA, B=ATPA
5) Đánh giá độ chính xác
iii XXx
Qm ,
iii YYY
Qm (1.26)
YYXXp QQm (1.27)
+ Sai số trung phương một yếu tố bất kỳ được tính theo công thức:
F
F p
m
1
(1.28)
Trong đó fQf
p
T
F
1 với f là vector hệ số hàm trọng số cần đánh giá;
là sai số trung phương trọng số đơn vị.
+ Sai số trung phương hướng ngang điểm cuối chuỗi được tính theo công
thức:
C
C
X
X p
m
1
(1.29)
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4818
C
C
X
X
Q
p
1 Là một phần tử trên đường chéo chính của ma trận nghịch đảo hệ
số hệ phương trình chuẩn.
2. Ước tính theo sai số trung phương điểm đào thông hầm
Có thể coi sai số hướng ngang tại điểm đào thông hầm là hiệu tung độ của
điểm đào thông hầm từ hai hưóng.
Sai số trung phương hướng ngang điểm đào thông được tính theo công thức:
q
q p
m
1
(1.30)
Với là sai số trung phương trọng số đơn vị:
qp
1 Là trọng số đảo độ lệch hướng ngang (hàm) của điểm dào thông p
Phương pháp này ứng dụng thích hợp cho lưới tam giác đo góc lưới đo góc
cạnh, đường chuyền và lưới hỗn hợp. Có thể bổ sung một số chương trình con
vào chương trình bình sai gián tiếp thông thường để tính ảnh hưởng của lưới
khống chế măt đất đối với độ chính xác hướng ngang đào thông hầm. Từ đó có
thể tính “giá trị ảnh hưởng” của các phương án khác nhau khi thành lập lưới.
Khi bình sai gián tiếp còn có phương pháp giản tiện hơn đó là phương pháp
“ellipse sai số điểm không”.
Như hình (1.4) từ hai điểm khống chế ở hai cửa hầm , thông qua góc j , c
và khoảng cách Sjp, Scp tính được tọa độ diểm đào thông PA và Pc. Do ảnh hưởng
của sai số đo lưới khống chế trên mặt đất nên hai điểm này không trùng nhau.
Nếu lấy j , c , Sjp và Scp là các trị đo không có sai số tức trong số vô cung lớn,
và bình sai cùng với lưới khống chế trên mặt đất sẽ vẽ được ellipse sai số tương
hỗ vị trí điểm PA PC, Vì hai điểm này cần phải trùng nhau, khoảng cách giữa
chúng phải bằng không. Do đó gọi là ellipse sai số điểm ‘không’.
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4819
Hình 1.4 Phương pháp ellipse sai số điểm không
Các thông số ellipse sai số vị trí điểm. Bán trục lớn bán trục nhỏ được tính:
E2 =
2
2 (Qxx+Qyy +K ) (1.31)
F2 = KQQ YYXX 2
2 (1.32)
K= 22 4)(
xyYYXX QQQ (1.33)
Với Qxx, Qyy, Qyy là hệ số trọng số của các ẩn số trên ma trận trọng số đảo.
Góc định hướng
YYXX
XY
QQ
Q
tg
22 0
Khi 02tg cùng dấu với QXY thì 0 là góc định hướng bán trục lớn của ellipse.
Khi 02tg trái dấu với QXY thì 0 là góc định hướng của bán trục nhỏ của
ellipse.
+ Ellipse sai số tương hỗ vị trí điểm:
E2 = KQQ ,,22 (1.34)
F2 = KQQ ,,22 (1.35)
X
J
C
642
A
PC
PA
yC
Định hướng
vào cửa C
753
1
Định hướng
vào cửa A
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4820
K= 22 4)( YXYYXX QQQ (1.36)
Góc định hướng:
YYXX
YX
QQ
Q
tg
22 0 (1.37)
Trong đó:
kkkiii XXXXXXXX
QQQQ 2 (1.38)
kkkiii YYYYYYYY
QQQQ 2 (1.39)
kkikkiii YXYXYXYXYX
QQQQQ (1.40)
Hình chiếu của ellipse sai số trên mặt đào thông hầm chính là “giá trị ảnh
hưởng”, tính theo công thức:
22222 sincos FEmq (1.41)
Trong đó: là góc phương vị của truc X khi lấy bán trục lớn của ellipse
làm hướng khởi đầu, 00360 ;
E, F, 0 là các yếu tố của ellipse sai số tương hỗ vị trí điểm “không”.
1.4 ƯớC TíNH Độ CHíNH XáC ĐO ĐƯờNG CHUYềN TRONG HầM
Đường chuyền trong hầm phải được thành lập với độ chính xác cần thiết và
cùng chung hệ tọa 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 quy
định.
Ước tính độ chính xác lưới khống chế trong hầm chính là thiết kế độ chính
xác đo đường chuyền trong từng đoạn hầm đào đối hướng. Có thể lấy độ chính
xác cao nhất làm chỉ tiêu độ chính xác đo đường chuyền trong tất cả các đoạn
hầm.
1.4.1 Đối với đoạn hầm thẳng hoặc cong có bán kính rất lớn
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4821
Đường chuyền trong hầm có thể coi là đường chuyền duỗi thẳng. Nếu chiều
dài các cạnh đường chuyền xấp xỉ bằng nhau thì sai số trung phương vị trí điểm
cuối đường chuyền nhánh trong hầm được thính theo công thức:
3
5,122
2
2
22 nsnmnmM
s
(1.42)
Trong đó : n là số cạnh của đường chuyền nhánh;
m , ms là sai số trung phương đo góc và sai số trung phương
đo cạnh đường chuyền.
Vế phải là của công thức (1.33) là bình phương sai số trung phương hướng
ngang của điểm cuối đường chuyền. theo nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau đối
với hướng ngang và hướng dọc, đối với sai số đo góc và đo cạnh ta có gia trị
thiết kế sai số trung phương đo góc và sai số trung phương đo cạnh:
5,1
3. "
"
nnS
K
m
(1.43)
n
K
m
s
(1.44)
trong đó K là sai số trung phương hướng nganng cho phép của đường chuyền
nhánh trong hầm được ước tính tùy thuộc vào từng trường hợp đào hầm. Sai số
trung phương hướng ngang cho phép của đường chuyền nhánh trong đoạn hầm
thẳng dược tính:
K = 0,58Mq nếu đoạn hầm được định hướng qua hai cửa hầm
K = 0,5Mq nếu đoạn hầm được định hướng qua một cửa hầm và
một giếng đứng
K = 0,45Mq nếu đoạn hầm được định hướng qua hai giếng đứng
Mq làsai số trung phương hướng ngang cho phép đào thông hầm lấy từ bảng 1.1.
1.4.2 Đối với đoạn hầm có bán kính nhỏ
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4822
đường chuyền trong hầm không thể được xem là đường chuyền duỗi thẳng
nhưng các cạnh vẫn đựoc đo với độ chính xác như nhau thì sai số trung phương
điểm cuối đường chuyền nhánh trong hầm được tính theo công thức:
2
,12
2
22
ins D
m
nmM
(1.45)
Trong đó Dn+1,i là khoảng cách từ điểm cuối đến điểm i của đường
chuyền.
Theo nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau đối với sai số hướng ngang và sai số
hướng dọc, đối với sai số đo gó và sai số đo cạnh ta có giá trị thiết kế sai số
trung phương đo góc và sai số trung phương đo cạnh là:
2
,1
"
"
inD
K
m
(1.46)
n
K
m
s
(1.47)
với K lấy giá trị sai số hướng ngang của đường chuyền nhánh áp dụng đối
với hầm cong, công thức (1.13), (1.14), (1.15).
CHƯƠNG 2
Một số biện pháp nâng cao độ chính xác
Khống chế trắc địa mặt bằng trong hầm
2.1 đặc điểm của khống chế trắc địa trong hầm
Khống chế trắc địa trong hầm gồm khống chế mặt bằng và khống chế độ
cao.
Khống chế mặt bằng trong hầm thường được thành lập dưới dạng đường
chuyền. Đường chuyền trong hầm trong hầm phải được thành lập với độ chính
xác cần thiết và cùng chung hệ tọa 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 quy định.
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4823
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 chuyền từ trên mặt
đất xuống hầm qua giếng đứng, giếng nghiêng … đường chuyền trong hầm có
những đặc đặc điểm:
+ 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 đường chuyền liền 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 thỏa mãn hai
yêu cầu:
Vị trí điểm đường chuyền phải ở gần gương hầm để tiện chỉ hướng đào hầm
và bố trí gương hầm. Do vậy cạnh đường chuyền phải ngắn thì mới đáp ứng
được nhu cầu này.
Để hạn chế tích lũy sai số hướng ngang của đường chuyền ở mặt đào thông
thì cần thành lập cạnh đường chuyền dài, số góc ngoặt phải ít.
Để thỏa mãn hai yêu cầu trên thì đường chuyền trong hầm được thành lập 2
cấp.
Đường chuyền thi công, có cạnh dài khoảng 20-80m
Đường chuyền cạnh dài ,cạnh dài khoảng 80-600m
Điểm của đường chuyền cấp cao là điểm của đường chuyền cấp thấp bỏ
qua một số điểm trung gian như hình 2.1
C H - A
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4824
Hình 2.1 Lưới khống chế trắc địa trong hầm
+ Độ chính xác của 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 nhánh tạo thành đường chuyền phù hợp. Khi bình sai đường
chuyền phù hợp này phải xét tới sai số số liệu gốc.
Tùy từng trường hợp cụ thể mà đường chuyền trong hầm có nguyên tắc
thành lập thích hợp.
+ Đường chuyền trong hầm thành lập dọc theo trục tim hầm hoặc lệch 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 thành lập đường chuyền
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 đường chuyền 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.
2.2 các phương pháp thành lập lưới mặt bằng trong hầm
Đường chuyền trong hầm được thành lập để trực tiếp chỉ đạo đào thông hầm
đối hướng do vậy tùy vào từng trường hợp cụ thể, có các phương pháp thành lập
khác nhau:
+ Phương pháp thành lập đường chuyền bằng thước thép. Thành lập đường
chuyền trong hầm bằng thước thép có độ chính xác cao nhưng quá trình thực
hiện lại phức tạp ảnh hưởng tới quá trình thi công hầm.
+ Phương pháp thành lập đường chuyền trong hầm bằng máy toàn đạc điện
tử tuy không chính xác bằng thành lập đường chuyền bằng thước thép nhưng
rất tiện lợi ít cản trở quá trình đào thông hầm đối hướng.
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4825
2.3 các phương pháp nâng cao độ chính xác lưới không
chế mặt bằng trong hầm
2.3.1 Nâng cao độ chính xác đo đạc
Đường chuyền trong hầm được thành lập để chỉ hướng đào hầm , bố trí tim
hầm, bảo đảm thông hầm đối hướng với độ chính xác quy định. Do vậy cần
thiết kế độ chính xác đo đường chuyền trong hầm trong từng đoạn hầm 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 đường hầm.
Đối với hầm thẳng hoặc hầm cong có bán kính lớn thì sai số trung phương vị
trí điểm cuối đường chuyền nhánh trong hầm được tính theo công thức:
3
5,122
2
2
22 nsnmnmM
s
(2.1)
Từ đó giá trị thiết kế của sai số trung phương đo góc và sai số trung phương
đo cạnh như công thức 1.43, 1.44 trong chương1.
Với đường hầm có bán kính nhỏ thì sai số trung phương điểm cuối được tính
theo công thức:
2
,12
2
22
ins D
m
nmM
(2.2)
Công thức tính sai số trung phương đo góc và đo cạnh được tính theo công
thức 1.46, 1.47 trong chương1.
Ta thấy sai số trung phương đo góc và sai số trung phương đo cạnh ảnh
hưởng trực tiếp và gián tiếp đến sai số trung phương điểm cuối của đường
chuyền nhánh vì vậy càng nâng cao độ chính xác đo góc và đo cạnh thì càng
đảm bảo độ chính xác thông hầm đối hướng. Do vậy để đảm bảo độ chính xác
thông hầm đối hướng theo quy định thì cần lựa chon máy móc có giá trị sai số
trung phương đo góc và đo cạnh có độ chính xác nhỏ hơn hoặc bằng giá trị
thiết kế.
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4826
Qúa trình đo đạc đường chuyền trong hầm còn chịu ảnh hưởng của sai số
định tâm máy và sai số định tâm tiêu .. Để giảm bớt sai số định tâm máy và
định tâm tiêu thì nên dùng mốc định tâm bắt buộc.
2.3.2 Thiết kế một số dạng lưới mặt bằng trong hầm
Tùy thuộc vào thiết kế của đường hầm mà đường chuyền trong hầm có thể
được lập một cách khác nhau.Việc ước tính đường chuyền trong hầm được thực
hiện như phần 1.4 của chương 1.
Trong những năm gần đây, công nghệ đo đạc phát triển rất mạnh với sự ra
đời của nhiều loại máy toàn đạc điện tử của nhiều hãng khác nhau trên thế giới.
Có thể thành lập lưới khống chế mặt bằng trong hầm. Tuy nhiên đồ hình của
lưới không đáp ứng được các yêu cầu của quy phạm như lưới khống chế trên
mặt đất, tác dụng chủ yếu là tăng cường điều kiện kiểm tra đối với khống chế
trắc địa trong hầm. Dưới đâylà một số dạng lưới khống chế mặt bằng trong
hầm:
Từ điểm khống chế trắc địa trên mặt đất ở cửa hầm , thiết kế đường chuyền trong hầm
có dạng là đường chuyền nhánh đơn theo tiến độ đào hầm (hình 2.2).
C H -A
Hình 2.2 Đường chuyền nhánh đơn
Từ điểm khống chế A ở cửa hầm, thiết kế đường chuyền có dạng là đường
chuyền nhánh kép dọc theo hai thành đường hầm (hình 2.3).
C H - A
Hình 2.3 đường chuyền nhánh kép
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4827
Hình 2.4 là mô hình lưới đường chuyền trong hầm được thiết kế có dạng là
đường chuyền tạo thành vòng khép kín. Thuận tiện cho việc kiểm tra độ chính
xác về góc.
C H - A
Hình 2.4 Đường chuyền tạo thành vòng khép
Khi đường hầm có hầm phụ được đào song song với hầm chính và thông với
hầm chính thì lưới đường chuyền trong hầm được thiết kế có dạng khép như
(hình 2.5) đường chuyền nhánh hầm chính thông với hầm phụ.
C H - A
Hình 2.5 Đường chuyền nhánh hầm chính thông với hầm phụ
2.4 Thiết kế đường chuyền trong hầm có đo thêm phương vị cạnh bằng
máy con quay
Dùng máy con quay không những có thể xác định phương vị khởi đầu mà
còn có thể đo phương vị một số cạnh đường chuyền trong hầm để hạn chế tích
lũy sai số đo góc, nâng cao độ chính xác hướng ngang đào thông hầm.
1. Giới thiệu tóm tắt về máy con quay
a. Con quay
Con quay là một vật rắn đối xứng tròn xoay có thể quay xung quanh trục đói
xứng của nó. Con quay thường được chế tạo dưới dạng một cái vô lăng (vành
quay) và phần lớn khối lượng của nó tập trung ở đây. con quay có thể quay với
vận tốc cao xung quanh trục đối xứng của nó, cỡ 18000 đến 24000 vòng/phút.
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4828
Con quay có hai tính chất cơ bản:
+ Tính chất trục cố định: Trục con quay luôn giữ một phương không đổi
trong không gian chừng nào chưa có ngoại lực tác dụng len nó.
+ Tính chất tuế động: Khi có mo men ngoại lực tác đông lên con quay, trục
quay của con quay có hiện tượng tuế động (chuyển động tuế sai).
Tự quay của trái đất có ảnh hưởng tới chuyển động của con quay. Nhưng khi
con quay quay với vận tốc lớn ,dưới tác dụng của mô men trong lực, trục quay
của con quay tuế động về hướng của mô men trọng lực, tức trục quay của con
quay của con quay tuế động hướng về mặt phăng kinh tuyến.
b. Sự phát triển của máy con quay
Năm 1852, nhà vật lý học người pháp leon Foucault đã đề ra nguyên lý chỉ
hướng bắc của con quay, nhưng do điều kiện kỹ thuật còn hạn chế nên đến đầu
thế kỷ 20 nguyên lý ấy mới được ứng dụng lần đầu tiên trong nghành hàng hải.
Trong trắc địa công trình, giữa thế kỷ 20 mới bắt đầu thí nghiệm nghiên cứu
ứng dụng nguyên lý chỉ hướng bắc của con quay và có thể chia lam 4 thời kỳ:
Vào nhưng năm 50, chủ yếu sử dụng loại máy con quay nổi trong dung dịch,
trọng lượng của máy khoảng 250-640kg, thời gian một lân định hướng từ hai
đến bốn giờ, độ chính xác một lần định hướng là 1’ 1’30”. Vì máy quá
nặng nên ít được sử dụng trong thực tế.
Những năm 60 sử dụng kết cấu dây treo kim loại để treo hộp con quay (bộ
phân nhạy) nên đã giảm trọng lượng của máy xuống còn 35-80kg, thời gian
một lần định hướng giam xuống cong 30-60 phút, độ chính xác một lần định
hướng là 10” 30”. Các loại máy tiêu biểu là: KT1, KT3, của cộng hòa
liên bang Đức; Gi-B1, Gi-B2 của Hungari.
Những năm 70, để ứng dụng hiệu quả máy con quay trong trắc địa công
trình thì máy phải có thể tích nhỏ, trọng lượng nhẹ, thời gian đo gắn, tiện vận
chuyển và sử dụng còn độ chính xác không nhất thiết phai cao nắm nên chế tạo
loại con quay nhỏ lắp trên máy kinh vĩ. Loai máy này có TK4 của cộng hòa
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4829
liên bang Đức, GAK1 của thỵ sỹ, Gi-C11 của Hungari, trọng lượng của máy
giảm còn 14-30kg, thời gian một lần định hướng khoảng 17 đến 40 phút, độ
chính xác một lần định hướng là 20” 40”.
Gần đây cộng hòa liên bang Đức đã chế tạo thành công máykinh vĩ con quay
Gyromat đo tự động dựa trên nguyên lý tích phân và được điều khiển bằng máy
tính điện tử, thời gian đo chỉ cần 10 phút, độ chính xác một lần định hướng đạt
khoảng 2” 3”. Hãng MOM của Hungari cũng đã chế tạo được máy
kinh vĩ con quay, mức độ tự động tương đối cao, độ chính xác một lần định
hướng khoảng 2” 3”.
2. Giới thiệu về máycon quay hiện đại (GYROMAT)
Trước đây, máy kinh vĩ con quay bao gồm phần trên là máy kinh vĩ, phần
dưới là máy xác định phương vị bằng máy con quay. Máy Gyromat 2000,
Gyromat 3000 được cấu tạo với phần trên là máy toàn đạc điện tử chính xác,
phần dưới là máy con quay và càng ngày cạng hiện đại và có nhiều chức năng
hơn (hình 2.7, 2.8)
Hình 2.7 Gyromat 2000
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4830
Hình 2.8 Gyromat 3000
a. Máy con quay Gyromat 3000
Trong trắc địa công trình hầm, độ chính xác của góc phương vị chuyền từ
mặt đất xuống hầm có ý nghĩa rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ
chính xác hướng ngang đào thông hầm đối hướng. Trên thế giới người ta rất
quan tâm đến vấn đề này, và để đáp ứng nhu cầu trên, DMT của cộng hòa liên
bang Đức đã cho ra đời dòng máy Gyromat 3000 dựa trên cơ sở máy Gyromat
2000 nhưng hiện đại hơn và cho độ chính xác cao hơn. Đặc điểm nổi bật nhất
của dòng máy này là con quay hồi chuyển có khả năng đo đạc hoàn toàn tự
động với độ chính xác cao. Thiết bị điện tử mới nhất, dung lượng bộ nhớ lớn,
công nghệ kết nối không giây giữa các thiết bị của máy; màn hình hiển thị rộng
nên rễ sử dụng, tiết kiệm thời gian, đo đạc nhanh, chính xác và kinh tế hơn
trước đây.
Máy Gyromat 3000 có thể đo hướng một cách chính xác ở bất kỳ khu vực
nào của trái đất. Điều đó thực hiện nhờ vào con quay hồi chuyển quay rất
nhanh, treo bên trong thiết bị. Trục của nó dao động quanh hướng bắc địa lý do
kết quả của sự tương tác của con quay hồi chuyển, lực hút và sự quay của trái
đất. Theo cách đó, một hệ thống quét quang- điện đặc biệt xác định hoàn toàn
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4831
tự động hướng bắc thực với độ chính xác cực cao . Điều quan trọng là máy làm
việc nhanh, chỉ mất 10 phút để hoàn tất một phép đo theo một hướng với độ
chính xác 1/1000 gon hoặc 10 đến 15 mm trên cạnh dài 1km (khoảng 2” đến
3” ).
Ngoài ra Gyromat 3000 còn có thể tăng tốc độ sử lý bằng cách cung cấp
một góc phương vị tham chiếu độc lập mà không cần đến GPS hoặc quan sát
thiên văn.
b. các đặc điểm nổi bật của máy Gyromat 3000
Pin hợp nhất đo được 25 đến 50 ca đo, trạm nạp điện điều khiển vi sử lý,
thông minh với sự duy trì pin, không hoạt động khi để máy nghi lâu và tính
năng tiếp tục các ca đo.
3 mã giao diện (RS 232) được nối với PC, máy toàn đạc điện tử hoặc các
thiết bị khác. Điều khiển từ xa không dây và truyền dữ liệu qua cổng hồng
ngoại (Bluetooth). Hai màn hình tạo thành một góc 1800 có thể hiển thị được
nhiều dòng kết quả và bàn phím ngoài.
Đo đạc hoàn toàn tự động không cần định hướng trước, hoạt động tương tác
với các thiết bị khác, menu điều khiển tương tác với quá trình hoạt động. Chức
năng kết hợp kiểm tra với các tiện ích trợ giúp, định dạng các thông số cho
thiết bị. Tự động cung cấp hướng bắc thực.
Trong lượng của máy Gyromat 3000 là 11,5kg. Nhiệt độ hoạt động trong
khoảng -200C đến +500C.
3. Thiết kế đường chuyền trong hầm có đo thêm phương vị bằng máy con quay
Khi dùng máy con quay xác định phương vị của một số cạnh đường chuyền
trong hầm để hạn chế tích lũy sai số đo góc, nâng cao độ chính xác hướng
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4832
ngang đào thông hầm
N
n . s
k . s
s1
1 1 2 k i n - 1 n
Hình 2.9 Đo phương vị con quay một số cạnh đường chuyền
Đường chuyền trong hầm hình 2.9 gồm n cạnh, chiều dài cạnh trung bình là
s .
Trong trường hợp không đo thêm phương vị bằng máy con quay thì sai số
trung phương hướng ngang của điểm cuối đường chuyền nhánh được tính theo
công thức:
6
)2)(1().(
2
2
2
2
2
2
2 nnnsmsnmmq
(2.1)
Trong đó: m là sai số trung phương của phương vị cạnh khởi đầu
đường chuyền ;
m là sai số trung phương đo góc đường chuyền
Trong trường hợp đo thêm i góc phương vị con quay và phân bố đều trên
đường chuyền thì sẽ tạo gia i đường chuyền phù hợp phương vị. Sai số trung
phương hướng ngang của điểm cuối đường chuyền được tính theo công thức:
4
)21(
6
)12)(1(
.
2
222
2
2
2
kkkkkkis
m
mq
6
)1)(2)(1)(()(
2
2
2
22
2
2 iknikniknsmiknsm i
(2.2)
Trong đó
m
m ; k là số lượng cạnh trong mỗi tuyến đường chuyền phù
hợp.
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4833
Từ (2.2) tìm trị cực tiểu của m2q theo k (tức mq2=min), tính tỉ số k và n, để
tìm được trị tối ưu đẻ đo phương vị con quay.
Với các phương án thành lập đường chuyền khác nhau về tổng chiều dài
cạnh trung bình, số lượng cạnh có thể tính toán và so sánh hiệu quả độ chính
xác của đường chuyền có đo thêm một, hai và nhiều phương vị con quay .Kết
quả cho thấy :
Trong trường hợp mm tức 1 nếu đo thêm 1 hoặc hai phương vị con
quay thì mức độ tăng độ chính xác hướng ngang tương đối lớn. Lúc đo thêm 1
phương vị con quay thì vị trí con quay ở 2/3 chiều dài đường chuyền là tốt nhất.
Lúc đo thêm 2 phương vị con quay trở lên thì phân bố đều trên toàn bộ chiều
dài của đường chuyền là tốt nhất.
Trong trường hợp 4 , tác dụng của việc đo thêm phương vị con quay để
nâng cao độ chính xác hướng ngang của điểm cuối đường chuyền là rất nhỏ.
2.5 nâng cao độ chính xác chiếu điểm xuống hầm
Trong xây dựng đường hầm ,để tăng diên tích đào hầm và cải thiện điều kiện
thi công đào hầm , người ta thường dùng biện pháp đào hầm bằng, giếng
nghiêng, giếng đứng và đôi khi còn có cả lỗ khoan.
Lúc đó để đảm bảo điều kiện đảm bảo đào thông hầm đối hướng với độ
chính xác quy định, cần phảichuyền tọa độ phương vị và độ cao của lưới khống
chế trên mặt đất xuống hầm qua giếng đứng để làm số liệu khởi tính cho lưới
khống chế trong hầm. công việc đó gọi là đo liên hệ qua giếng đứng. Trong đó
việc chuyền tọa độ và phương vị qua giếng đứng gọi là định hướng qua giếng
đứng.
Sai số chuyền tọa độ từ mặt đất xuống hầm làm cho điểm đường chuyền
trong hầm bị dịch chuyển một lượng như nhau và ảnh hưởng của nó đối với độ
chính xác hướng ngang đào thông hầm là một hằng số (hình 2.10).
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4834
Có thể chuyền tọa độ xuống hầm qua giếng đứng bằng 2 phương pháp
phương pháp dùng dây dọi hay phương pháp dùng máy chiếu.
0 2
o1
mx
my
xm
A C D E
E'D'
C'A'
B
B '
Hình 2.10 ảnh hưởng của sai số chuyền tọa độ
2.4.1 Chiếu điểm bằng dây dọi
Chiếu điểm bằng dây dọi trong giếng đứng thường dùng quả dọi đơn, trọng
ổn định. Trọng lượng của quả dọi và tiết diện của dây dọi tùy thuộc vào độ sâu
của giếng và độ bền của dây thép.
Để nâng cao độ chính xác của chiếu điểm cần phải quan trắc dao động của
dây dọi nhằm xác định vị trí đứng yên của nó.
2.4.2 Phương pháp chuyền tọa độ từ mặt đất xuống hầm bằng máy chiếu
1. Giới thiệu về máy chiếu đứng PXL, ZL và NL
Máy chiếu đứng quang học PZL và ZL (gọi là máy chiếu đứng ngược) máy
chiếu đứng quang học NL (gọi là máy chiếu đứng xuôi) có cấu tạo tương tự
như máy chiếu đứng ngược nhưng có hướng ngắm từ trên xuống.
2. Nguyên tắc hoạt động của máy chiếu
Máy chiếu có cấu tạo là máy quang học có bộ tự cân bằng để tự động đựa
trục ống kính trùng đường thẳng đứng. Hoạt động của bộ tự cân bằng của máy
chiếu như sau:
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4835
Hình 2.11 Nguyên tắc hoạt động của bộ tự cân bằng
Gỉa sử khi máy chiếu bị nghiêng đi một góc (hình 2.11) khi máy chiếu
đứng không có cơ cấu tự cân bằng thì số đọc trên lưới chiếu tọa độ sẽ sai lệch
so với số đọc theo đường thẳng đứng một đại lượng là a. Khi máy chiếu đứng
có bộ phận tự cân bằng thì chùm tia sáng sẽ hội tụ một đại lượng là a, số đọc
trên lưới chiếu tọa sẽ đưa về vị trí đúng (tức là tương ứng với số đọc theo
phương ngắm thẳng đứng). Dựa trên cơ sở này để chế tạo bộ tự cân bằng. Thực
chất bộ tự cân bằng trong máy chiếu đứng quang học PZL là một năng kính
vuông góc (hình 2.11c). Khi năng kính chuyển dịch theo phương cạnh huyền
của nó một đại lượng bằng
2
a dẫn tới tia sáng chuyền qua năng kính sẽ dịch
chuyển so với vị trí ban đầu một đại lượng bằng a. Nếu lăng kính vuông góc
trên hệ thống con lắc có chiều dài
2
f thì khi máy nghiêng đi một góc . Lăng
kính vuông góc dưới tác dụng của trọng lực sẽ dịch chuyển theo hướng cạnh
huyền một lượng:
"2
fa (2. 3 )
Lúc đó, tia sáng qua phản xạ trong lăng kính sẽ di chuyển một đại lượng
bằng a. Hay nói cách khác, nhờ có bộ tự cân bằng mà ta vẫn nhận được trên
lưới chiếu tọa độ tương ứng với tia ngắm thẳng đứng.
a
a
a
2
a
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4836
Để đảm bảo độ chính xác đo đạc thì, trước khi sử dụng máy vào công tác
chiếu điểm cần kiểm tra các điều kiện cơ bản :
+ Trục ống thủy dài vuông góc với trục quay của máy.
+ Tia ngắm quang học của máy phải thẳng đứng.
+ Trục ngắm của bộ phận định tâm quang học phải trùng với trục quay của
máy.
3. Chuyền tọa độ từ mặt đất xuống hầm bằng máy chiếu đứng
Hiện nay chủ yếu là máy chiếu đứng quang học và máy chiếu đứng lazer,
qua khảo sát thì máy chiếu đứng quang học cho độ chính xác cao hơn. a.
Nguyên lý chiếu điểm
Định tâm máy chiếu trên điểm mốc đã có tọa độ. Cân bằng máy để đưa
đường ngắm về vị chí thẳng đứng. ở độ cao cần chuyền tọa độ, đặt một tấm
kính hoặc nhựa trong suốt kẻ lưới ô vuông (paletka) có chia vạch đến
mmmm 11 , hình 2.12: Dựa vào lưới kẻ trên paletka để xác định vị trí của tâm
chiếu theo trục X và trục Y. tâm chiếu được xác định nhiều lần, sau mỗi lần
chiếu lại xoay đế máy đi 900, quá trình đo đạc được thực hiện theo chiều thuận
chiều ngược kim đồng hồ, mỗi chiều đều có đo khép vòng. vị trí điểm ngược
xác định theo giá trị Xi và Yi, trong đó:
2
1800
' ii
i
XX
X
;
2
27090
' ii
i
YY
Y
(2.4)
Khi chiếu điểm n lần thì ta có giá trị trung bình:
n
X
X itb
'
;
n
Y
Y itb
'
(2.5)
Sai số trung phương chiếu điểm được tính theo công thức:
1
n
VVVV
m YIYIXIxi (2.6)
Với Vxi =X’i –Xitb ; Vyi=Y’i-Ytbi
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4837
Khi sử dụng máy chiếu đứng chiếu điểm từ mặt bằng móng lên các tầng cao
gọi là chiếu thuận còn chiếu từmặt đất xuống hầm gọi là chiếu ngược, quy trình
chiếu ngược thực hiện như sau:
Xác định mốc cần chuyền tọa độ trên nền của giếng (điểm p) ở vị trí thuận
lợi, định tâm máy chiếu đứng trên mốc P, cân bằng máy. Trên miệng giếng,
thiết kế một giá đỡ tấm paleka (hình 2.13) sao cho tấm paletka có thể dịch
chuyển được vào đường ngắm của máy chiếu đứng. Đọc số và tính tọa độ tâm
chiếu P trên tấm paletka theo công thức (2.4), (2.5).
Để tọa độ điểm đường chuyền trong hầm nằm trong hệ tọa độ của khống chế
trên mặt đất phải xác định tọa độ của tâm chiếu O từ các điểm của lưới khống
chế trên mặt đất gần miệng giếng bằng phương pháp tọa độ cực, phương giao
hội…Đó cũng là tọa độ tâm mốc P dưới nền giếng đứng.
Gía đỡ
Tấm paletka
O
P
B
Hình 2.12 Chuyền tọa độ từ mặt đất xuống hầm bằng phương pháp chiếu
chiếu thẳng đứng.
b. Ước tính độ chính xác của phương pháp
Thông số kỹ thuật của nhà sản suất thì sai số trung phương chiếu điểm của
máy chiếu đứng PZL hoặc ZL là 1mm trên độ cao 100m. Các nguồn sai số khi
chiếu điểm từ mặt đất xuống hầm bằng máy chiếu đứng quang học:
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4838
Sai số định tâm máy mđt
Sai số đưa đường ngắm về vị trí thẳng đứng mc
Sai số ngắm mn
Sai số đọc trên lưới ô vuông mđ
Sai số do ảnh hưởng của ngoại cảnh mnc
Sai số trung phương tổng hợp dạng tổng quát là:
222222
ncdncdt mmmmmm (2.7)
Sai số trung phương xác định theo chiếu điểm thực nghiệm là:
m=(0,27+0,0141H) (2.8)
trong đó 0,27(mm) là sai số định tâm máy chiếu đứng bằng bộ phận định
tâm quang học; H(m) là độ cao chiếu điểm.
Từ công thức (2.8). Khi độ cao chiếu điểm là 100m thì sai số trung phương
là 1,68mm, kết quả này sát với thực tế sản xuất
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4839
Chương3
Thiết kế và đo đạc lưới thực nghiệm
3.1 Giới thiệu mô hình đường hầm
Mô hình đường hầm là một đường hầm thẳng dài khoảng 2km không có nối đào
phụ có hai cửa hầm A và C, lưới khống chế trên mặt đất giả thiết được đo bằng
công nghệ GPS nằm ở khu đô thị mới mỹ đình. Lưới có đồ hình như hình 3.1.
Hình 3.1 Mô hình đường hầm thực nghiệm
3.2 Thiết kế lưới mặt bằng trong hầm
3.2.1 Độ chính xác cần thiết đo đường chuyền trong hầm
Với mô hình đường hầm như hình 3.1. thì ta chọn hệ trục tọa độ có điểm gốc
O trùng với điểm A, trục Y trùng với đường nối giữa hai cửa hầm.
Ký hiệu các nguồn sai số ảnh hưởng tới độ chính xác hướng ngang đào
thông hầm đối hướng đoạn hầm AC là m1, m4, m5, khi đó sai số trung phương
hướng ngang cho phép của khống chế trên mặt đất Mqmđ:
2
1
2 mM qmd (3.1)
2
5
2
4
2
1 mmmM q (3.2)
áp dụng nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau của các nguồn sai số thành phần,
do đoạn hầm có chiều dài bằng 2km nên Mq=50mm (bảng 1.1), suy ra:
mm
M
mmm
q 29
3
50
3541
(3.3)
Thay vào công thức (3.1): Mqmđ=29mm
Gỉa thiết đường chuyền trong hầm có các cạnh xấp xỉ bằng nhau (S=340m).
2km
CA▲ ▲
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4840
Số cạnh đường chuyền nhánh trong hầm là:
3
340.2
1000.2 n
Từ công thức (1.42), (1.43), (1.44) tính được
5,13
3
300000.3
206265.29
m
3
29
Sm
Đường chuyền trong hầm cần được đo với sai số trung phương đo góc ≤và
sai số trung phương đo cạnh ≤
3.3.2 Lưói khống chế trắc địa mặt bằng trong hầm
Đường chuyền trong hầm được thành lập với độ chính xác cần thiết để đảm
bảo độ chính xác thông hầm đối hướng theo quy định. Với mô hình đường hầm
được thiết kế như hình 3.1 thì có thể thiết kế đường chuyền trong hầm có dạng
như sau:
+ Lưới đường chuyền nhánh đơn
3
T
21A
X
Y mặt đào thông
+ Đường chuyền nhánh kép
mặt đào thông
1' 2'
1 2A
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4841
Đồ án Tốt Nghiệp Trắc địa công trình
Sinh Viên : Vũ Văn Trung Lớp Trắc : Địa B K-4842
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 1 3.pdf