Chuyển trục công trình lên nhà cao tầng bằng máy chiếu đứng kết hợp với công nghệ GPS - Nguyễn Việt Hà

Nội dung text: Chuyển trục công trình lên nhà cao tầng bằng máy chiếu đứng kết hợp với công nghệ GPS - Nguyễn Việt Hà

1. T¹p chÝ KHKT Má - §Þa chÊt, sè 47, 7/2014, tr.82-87 CHUYỂN TRỤC CÔNG TRÌNH LÊN NHÀ CAO TẦNG BẰNG MÁY CHIẾU ĐỨNG KẾT HỢP VỚI CÔNG NGHỆ GPS NGUYỄN VIỆT HÀ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tóm tắt: Công nghệ GPS ra đời đã mở ra một khả năng ứng dụng mới để chuyển trục công trình lên cao trong thi công nhà cao tầng. Tuy nhiên, nếu chỉ sử dụng riêng công nghệ này để chuyển trục công trình sẽ không thuận lợi, vì việc đo đạc bằng công nghệ GPS thường đòi hỏi nhiều thời gian, gây cản trở cho quá trình thi công với tốc độ cao. Trong bài báo này, tác giả đề cập đến việc kết hợp giữa máy chiếu đứng với công nghệ GPS để chuyển các điểm trục từ móng công trình lên các tầng sàn bên trên trong thi công các công trình có chiều cao lớn. 1. Mở đầu trình thi công với tốc độ cao. Vì vậy, kết hợp Như đã biết, trong thi công xây dựng nhà công nghệ GPS và máy chiếu đứng sẽ là giải cao tầng, để có cơ sở hình học cho việc bố trí pháp phù hợp để chuyển trục công trình lên cao chi tiết trên từng tầng thi công, cần phải thành trong thi công các công trình nhà có chiều cao lập hệ thống lưới trục trên mỗi sàn tầng. Hệ lớn. Trước hết, cùng nhìn lại một số phương thống lưới trục này phải bảo đảm tính đồng pháp chuyển trục công trình lên cao. dạng, đồng kích thước và đặc biệt là phải đồng 2. Một số phương pháp chuyển trục công trục (theo phương thẳng đứng) kể từ sàn tầng trình đầu tiên. Vì vậy, theo tiến độ thi công, cần phải 2.1. Phương pháp dọi cơ học có biện pháp để chuyển trục công trình lên các Giả sử A là điểm thuộc trục công trình và sàn. được đánh dấu bằng mốc cố định trên mặt sàn Mỗi một trục công trình được xác định bởi tầng 1 (hình 1). Thông qua ô chiếu điểm trên 2 điểm thuộc trục. Thông thường, người ta trần ngăn, thả một quả dọi có đủ độ chính xác không chuyển tất cả các trục từ dưới lên trên mà được treo trên giá và chỉnh cho đỉnh quả dọi chỉ chuyển một số trục đặc trưng nào đó. Trong trùng với điểm A. Dùng một thanh thước tiếp trường hợp này, điểm thuộc trục được chọn để xúc vào dây dọi để đánh dấu các vị trí a và b chuyển từ dưới lên thường là giao điểm của các trên mặt hố chiếu. Xoay thước đi 90o, bằng cách trục đặc trưng. tương tự sẽ đánh dấu được điểm c và d. Giao Có nhiều phương pháp để chuyển trục công của các đường ab và cd chính là hình chiếu trình lên các sàn thi công. Trước đây, khi chưa điểm trục A trên mặt sàn. có công nghệ GPS, người ta thường sử dụng các phương pháp truyền thống như quả dọi, máy c b kinh vĩ, máy toàn đạc điện tử hoặc máy chiếu a d đứng quang học để chuyển trục công trình. Ô chiếu Nhìn chung, các phương pháp truyền thống thường có nhược điểm là độ chính xác không cao, đặc biệt là không khả thi trong thi công các nhà có chiều cao lớn. Quả dọi Công nghệ GPS ra đời đã mở ra một khả năng ứng dụng mới để chuyển trục công trình A lên cao. Tuy nhiên, nếu chỉ sử dụng riêng công nghệ này để chuyển trục công trình sẽ không Mốc trục trên sàn gốc thuận lợi, vì việc đo đạc bằng công nghệ GPS thường đòi hỏi nhiều thời gian, gây cản trở quá Hình 1. Sử dụng dọi cơ học 82
2. 2.2. Phương pháp sử dụng máy kinh vĩ 2.4. Phương pháp sử dụng máy chiếu đứng Để chuyển trục bằng máy kinh vĩ lên các Định tâm dụng cụ chiếu đứng trên điểm tầng, trước hết phải gửi các điểm đầu trục ra gốc, cân bằng dụng cụ để đưa đường ngắm về ngoài. Khoảng cách từ điểm gửi đến chân công vị trí thẳng đứng. Trên mặt bằng cần chuyển toạ trình tốt nhất nên chọn xấp xỉ bằng chiều cao độ lên, người ta đặt vào các lỗ hổng chừa ra trên của nó, để góc đứng <45o. Thông thường các mặt sàn một tấm Paletka trong suốt, trên đó có điểm trục thường được gửi lệch so với trục một kẻ lưới ô vuông khắc vạch đến mm. Dựa theo khoảng từ 50cm đến 80cm để tiện cho quá trình mạng lưới ô vuông này có thể xác định được vị thi công. Máy kinh vĩ được đặt tại các điểm gửi trí của đường thẳng đứng được chiếu lên (hình và được định tâm, cân bằng cẩn thận. Dùng mặt 4). phẳng đứng máy kinh vĩ chiếu điểm theo hai phương vuông góc nhau từ dưới lên như hình 2. Hình 4. Sử dụng máy chiếu đứng Hình 2. Sử dụng máy kinh vĩ 2.5. Phương pháp sử dụng máy thu GPS 2.3. Phương pháp sử dụng máy toàn đạc điện Trên hình 5, A và B là hai điểm của lưới tử khống chế thi công, đã có tọa độ công trình. Sử Có thể sử dụng trình ứng dụng Free Station dụng tối thiểu 3 máy thu GPS: Hai máy đặt tại (trạm tự do) của máy toàn đạc điện tử (TĐĐT) A và B, máy còn lại đặt tại vị trí gần đúng của để giao hội nghịch tới ít nhất 3 điểm khống chế các điểm trục đã được đánh dấu trên mặt sàn. trên mặt đất như hình 3. Kết quả sẽ xác định Thời gian thu tín hiệu có thể kéo dài trong được tọa độ tâm trạm đo (đặt tại vị trí gần đúng khoảng 30 đến 45 phút. Kết quả sẽ xác định của điểm trục cần chuyển lên sàn thi công). So được tọa độ công trình của tâm pha anten máy sánh với tọa độ thiết kế của điểm trục cần thu GPS. Cuối cùng sẽ hoàn nguyên điểm về vị chuyển để hoàn nguyên điểm trục về vị trí thiết trí trục thiết kế. kế. A Trục công trình Trục công trình A A B B B C Hình 3. Sử dụng máy TĐĐT Hình 5. Sử dụng máy thu GPS 83
3. 3. Kết hợp GPS và máy chiếu đứng để - Dùng phép biến đổi xoay Helmert đưa tọa chuyển trục công trình độ phẳng địa diện chân trời về hệ tọa độ của Khi sử dụng máy chiếu đứng để chuyển công trình. trục công trình, người ta chỉ có thể chiếu phân - Hoàn nguyên điểm đo về vị trí thiết kế. đoạn qua một số tầng nhất định nào đó (thường - Dùng điểm mới hoàn nguyên để chiếu là 3 đến 5 tầng). Trong phạm vi này, máy chiếu đứng lên các tầng trong phân đoạn tiếp theo đứng hoạt động tương đối hiệu quả do mức độ cản trở quá trình chiếu không lớn, thời gian thao tác nhanh, đáp ứng được tiến độ thi công. Tuy nhiên, hạn chế cơ bản của quá trình chiếu phân đoạn là do có tích lũy sai số trong từng đoạn chiếu, dẫn đến sai lệch đáng kể vị trí điểm chiếu ở những tầng cao. Nhờ khả năng xác định vị trí mặt bằng với độ chính xác cao của công nghệ GPS, người ta chính xác hóa lại vị trí điểm chiếu sau mỗi phân đoạn. So sánh với tọa độ thiết kế của điểm trục cần chiếu để hoàn nguyên điểm trục về vị trí thiết kế. Điểm mới hoàn Hình 6. Kết hợp máy nguyên này sẽ là cơ sở tọa độ để tiếp tục chiếu chiếu đứng và GPS đứng cho phân đoạn tiếp theo. Tuy nhiên, để z thống nhất tọa độ giữa hệ tọa độ công trình và Z x M hệ tọa độ không gian các điểm đo GPS, cần quy y chiếu tọa độ về một hệ tọa độ phẳng nhất định G P0 nào đó. Các kết quả nghiên cứu [1] đã chỉ ra rằng, tốt nhất là sử dụng mặt phẳng chân trời O B0 Y của hệ tọa độ địa diện chân trời tại chân công L0 trình làm mặt phẳng chiếu tọa độ (hình 7). Như XÍCH ĐẠO X đã biết, quan hệ giữa tọa độ vuông góc không gian và tọa độ địa diện chân trời được biểu diễn theo công thức [3]: Hình 7. Hệ toạ độ địa diện chân trời xi sin B0 cos L0 sin B0 sin L0 cos B0 X i X 0 4. Thực nghiệm y sin L cos L 0 . Y Y Chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm kết hợp i 0 0 i 0 máy chiếu đứng và công nghệ GPS để chuyển z cos B cos L cos B sin L sin B Z Z i 0 0 0 0 0 i 0 trục công trình lên cao cho một đối tượng nhà (1) cao tầng ở Hà Nội. Sơ đồ chuyển trục được biểu trong đó: Xi,Yi,Zi và xi,yi,zi – là tọa độ không diễn như trên hình 8, trong đó C-3 và C-4 là hai gian và toạ độ địa diện của điểm cần tính điểm của lưới khống chế thi công, đã có tọa độ chuyển; X0,Y0,Z0 và B0,L0 – là tọa độ không gian công trình; TR-1 và TR-2 là hai điểm thuộc trục và tọa độ trắc địa của điểm gốc tọa độ địa diện công trình trên sàn tầng 6, cần xác định. Tọa độ chân trời. công trình của các điểm nói trên cho trong bảng Như vậy, có thể hình dung quy trình kết 1. hợp GPS và máy chiếu đứng để chuyển trục Ở vị trí gần đúng của TR-1 và TR-2, đặt 2 công trình được thực hiện như sau: máy thu tín hiệu Trimble R3. Máy thứ 3 lần - Chiếu đứng điểm trục công trình từ sàn lượt đặt tại C-3 và C-4, hình thành 2 ca đo, mỗi tầng 1 lên các tầng trong phân đoạn thứ nhất. ca đo trong khoảng thời gian 30 phút. - Đo GPS tại sàn tầng cuối của phân đoạn Thực hiện bình sai lưới GPS như một lưới tự do thứ nhất. trong hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm. - Tính chuyển tọa độ GPS về mặt phẳng địa Kết quả thu được như sau: diện chân trời. 84
4. TR-1 TR-2 Bảng 1. Tọa độ công trình của các điểm Tọa độ Tên điểm x y C-4 5000,000 5000,000 C-3 5000,000 5359,375 TR-1 5232,000 5193,000 TR-2 5175,000 5235,000 C-4 C-3 Hình 8. Sơ đồ lưới thực nghiệm KET QUA BINH SAI LUOI GPG TRONG HE TOA DO DIA TAM 4. CANH BASELINE SAU BINH SAI === | | |___Tri_do___|___V(m)___|__Tri_binh_sai__| | TT | Diem Diem | dX(m) | VdX | dX(m) | | | dau cuoi | dY(m) | VdY | dY(m) | | | | dZ(m) | VdZ | dZ(m) | | | | 231,083 | 0,001 | 231,084 | | 1 |C-3 TR-2 | -28,442 | -0,005 | -28,447 | | | | 284,647 | 0,008 | 284,655 | | | | -299,094 | -0,002 | -299,096 | | 2 |TR-1 C-3 | 8,485 | 0,022 | 8,507 | | | | -282,964 | -0,017 | -282,981 | | | | -100,311 | -0,007 | -100,318 | | 3 |TR-1 C-4 | 62,033 | 0,013 | 62,046 | | | | -278,464 | -0,007 | -278,471 | | | | -68,011 | -0,001 | -68,012 | | 4 |TR-1 TR-2 | -19,957 | 0,017 | -19,940 | | | | 1,681 | -0,006 | 1,675 | | | | -32,305 | -0,001 | -32,306 | | 5 |TR-2 C-4 | 81,988 | -0,002 | 81,986 | | | | -280,149 | 0,003 | -280,146 | | | | 68,009 | 0,003 | 68,012 | | 6 |TR-2 TR-1 | 19,949 | -0,009 | 19,940 | | | | -1,684 | 0,009 | -1,675 | === 5. TOA DO VUONG GOC DIA TAM SAU BINH SAI === | | |__TD_gan_dung__|___V(m)___|___TD_sau_BS___|_Sai_so_|_Sai_so_| | TT | Ten | X(m) | VX | dX(m) | mX(m) | vi_tri | | | diem | Y(m) | VY | dY(m) | mY(m) | diem | | | | Z(m) | VZ | dZ(m) | mX(m) | mP(m) | | | | -1618672,274 | -0,002 | -1618672,276 | 0,001 | | | 1 | C-4 | 5730045,794 | 0,002 | 5730045,796 | 0,002 | 0,002 | | | | 2278552,480 | -0,006 | 2278552,474 | 0,001 | | | | | -1618571,960 | 0,002 | -1618571,958 | 0,001 | | | 2 | TR-1 | 5729983,755 | -0,005 | 5729983,750 | 0,002 | 0,002 | | | | 2278830,945 | 0,000 | 2278830,945 | 0,001 | | | | | -1618639,969 | -0,001 | -1618639,970 | 0,001 | | | 3 | TR-2 | 5729963,806 | 0,004 | 5729963,810 | 0,001 | 0,002 | | | | 2278832,629 | -0,009 | 2278832,620 | 0,001 | | | | | -1618871,052 | -0,002 | -1618871,054 | 0,001 | | | 4 | C-3 | 5729992,248 | 0,009 | 5729992,257 | 0,003 | 0,003 | | | | 2278547,982 | -0,017 | 2278547,965 | 0,001 | | === 85
5. 6. Ket qua dang gia do chinh xac === Sai so toa do diem yeu nhat( C-3 ): 0,003 m Sai so trung phuong trong so don vi mo=1,78 Từ kết bình sai lưới GPS, thực hiện tính chuyển tọa độ các điểm về hệ tọa độ địa diện chân trời với gốc tọa độ địa diện được chọn là điểm trọng tâm của mạng lưới. Kết quả thu được như sau: KET QUA TINH CHUYEN VE HE TOA DO CHAN TROI Toa do diem trong tam Xo= -1618688,814 m Toa do diem trong tam Yo= 5729996,401 m Toa do diem trong tam Zo= 2278691,009 m Bo= 21,07065477O Lo= 105,77466028O Ho= -15,066 m Ten Tọa độ vuông góc không gian Tọa độ địa diện chân trời diem X Y Z x y z C-4 -1618672,274 5730045,794 2278552,480 -144,739 -29,345 -9,645 TR-1 -1618571,960 5729983,755 2278830,945 146,376 -109,015 9,311 TR-2 -1618639,969 5729963,806 2278832,629 148,202 -38,144 9,254 C-3 -1618871,052 5729992,248 2278547,982 149,839 176,504 -8,920 Dùng phép biến đổi xoay Helmert (dựa vào các điểm song trùng) đưa tọa độ phẳng địa diện chân trời về hệ tọa độ của công trình. Kết quả thu được như sau: KẾT QUẢ TÍNH CHUYỂN TỌA ÐỘ PHẲNG THEO PHƯƠNG PHÁP HELMERT === TỌA ÐỘ CÁC ÐIỂM TRÙNG Số Tọa độ trong hệ cũ Tọa độ trong hệ mới Tên điểm TT x y x y 1 C-4 -144,739 -29,345 5000,000 5000,000 2 C-3 149,839 176,504 5000,000 5359,375 KẾT QUẢ CÁC THAM SỐ TÍNH CHUYỂN TT Tham số Giá trị 1 Xo 5058,8522298 2 Yo 5135,4508249 3 Goc phi 198195,9312528" 4 m 1,0000001 THÀNH QUẢ TỌA ÐỘ TÍNH CHUYỂN Số Tọa độ trong hệ cũ Tọa độ trong hệ mới Tên điểm TT x y x y 1 TR-1 146,376 -109,015 5232,055 5192,991 2 TR-2 148,202 -38,144 5175,009 5235,083 Tiếp theo, hoàn nguyên các điểm đo về vị trí thiết kế. Kết quả thu được như sau: Giá trị Số Tên Tọa độ thực tế (m) Tọa độ thiết kế (m) Số gia tọa độ (m) hoàn nguyên TT điểm x y x y ∆x ∆y S (m) P.vị (độ) 1 TR-1 5232,055 5192,991 5232,000 5193,000 0,055 -0,009 0,056 350,706654 2 TR-2 5175,009 5235,083 5175,000 5235,000 0,009 0,083 0,083 83,8117216 86
6. 5. Kết luận toạ độ thi công công trình. Tạp chí KHKT Mỏ- Từ kết quả khảo sát phương pháp kết hợp Địa chất, số 35, tr. 38-42. giữa máy chiếu đứng với công nghệ GPS để [2]. Nguyễn Quang Phúc, Hoàng Thị Minh chuyển các điểm trục công trình lên các tầng Hương, Trần Thùy Linh, 2012. Nghiên cứu khả sàn, có thể thấy thuật toán và quy trình tính toán năng ứng dụng công nghệ GPS để kiểm tra độ như đã trình bày trong bài báo là rất phù hợp. thẳng đứng công trình trong quá trình thi công. Quy trình cho phép chuyển các điểm trục lên Tạp chí KHKT Mỏ-Địa chất, số 38, tr. 53-58. các tầng sàn phân đoạn một cách độc lập từ các [3]. Nguyễn Quang Phúc, Bùi Hữu Tuấn, Lê mốc cơ sở bên ngoài công trình, đảm bảo được Trung Hiếu, 2013. Nghiên cứu sử dụng hệ tọa độ chính xác yêu cầu và tránh được sai số tích độ vuông góc không gian địa diện chân trời lũy khi chiếu phân đoạn qua nhiều tầng. Tại các trong trắc địa công trình. Tuyển tập báo cáo tầng trung gian, sử dụng máy chiếu đứng để HNKH Kỷ niệm 50 năm thành lập Viện KHCN chiếu điểm trục từ các sàn tầng phân đoạn sẽ Xây dựng-Bộ Xây dựng. đảm bảo độ chính xác và đáp ứng được tiến độ [4]. Трехо Сото Мануэль, 2006. Применение thi công công trình. топоцентрических прямоугольных координат при изучении деформаций TÀI LIỆU THAM KHẢO крупных инженерных сооружений [1]. Nguyễn Quang Phúc, Hoàng Thị Minh спутниковыми методами. Изв. ВУЗов, Hương, Khuất Minh Hằng, 2011. Nghiên cứu “Геодезия и аэрофотосъёмка”, No. 5-2006, с. phương pháp tính chuyển toạ độ lưới GPS về hệ 53-60. SUMMARY Moving up the axis of the high-rise by optical plumbing instrument with combining GPS technology Nguyen Viet Ha, Hanoi University of Mining and Geology The advent of GPS technology has opened up a new ability to move applications to high axle works in high-rise construction. However, if you only own the technology used to transfer axis will not work smoothly, as measured by GPS technology often requires more time and hinder the construction process with high speed. In the article the author refers to the combination of optical plumbing instrument with GPS technology to move the axes point works on the floor in the construction of tall buildings. 87