Tiến Sĩ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ trắc địa hiện đại trong xây dựng và khai thác đường ô tô ở Việt Nam

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN . 1
MỤC LỤC . 2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 7
DANH MỤC CÁC BẢNG . 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ . 10
MỞ ĐẦU . 13
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRẮC ĐỊA HIỆN
ĐẠI TRONG XÂY DỰNG VÀ KHAI THÁC ĐƯỜNG Ô TÔ 16
1.1. KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ TRẮC ĐỊA HIỆN ĐẠI 16
1.1.1. Máy toàn đạc điện tử 16
1.1.2. Công nghệ GPS . 18
1.1.3. Máy thủy bình điện tử . 19
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRẮC ĐỊA HIỆN ĐẠI
TRONG XÂY DỰNG VÀ KHAI THÁC ĐƯỜNG Ô TÔ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT
NAM 20
1.2.1. Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ trắc địa hiện đại trong xây dựng và khai
thác đường ô tô trên thế giới . 20
1.2.1.1. Nghiên cứu đo cao bằng công nghệ GPS và máy toàn đạc điện tử . 20
1.2.1.2. Ứng dụng công nghệ trắc địa hiện đại trong xây dựng và khai thác
đường ô tô . 24
1.2.2. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ trắc địa hiện đại trong xây dựng và khai
thác đường ô tô ở Việt Nam 26
1.2.2.1. Nghiên cứu đo cao bằng công nghệ GPS và máy toàn đạc điện tử . 26
1.2.2.2. Quy định ứng dụng công nghệ trắc địa hiện đại theo các tiêu chuẩn
xây dựng và khai thác đường ô tô 27
1.2.2.3. Ứng dụng công nghệ trắc địa hiện đại trong xây dựng và khai thác
đường ô tô . 29
1.3. XÁC ĐỊNH NỘI DUNG NGHIÊN CỨU . 34
1.3.1. Tổng hợp tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ trắc địa hiện đại trong
xây dựng đường ô tô trên thế giới và ở Việt Nam . 34
1.3.2. Xác định nội dung nghiên cứu của luận án . 37 3

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ
CÔNG NGHỆ GPS TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ 38
2.1. NỘI DUNG CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ 38
2.1.1. Công tác trắc địa trong giai đoạn khảo sát thiết kế . 38
2.1.2. Công tác trắc địa trong giai đoạn thi công . 39
2.2. ĐỘ CHÍNH XÁC YÊU CẦU CỦA CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG
ĐƯỜNG Ô TÔ 40
2.2.1. Độ chính xác yêu cầu của công tác trắc địa trong giai đoạn khảo sát thiết kế
. 40
2.2.2. Độ chính yêu cầu của công tác trắc địa trong giai đoạn thi công 42
2.3. NGHIÊN CỨU THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG VÀ LƯỚI
KHỐNG CHẾ ĐỘ CAO TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ BẰNGMÁY TOÀN
ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ CÔNG NGHỆ GPS . 44
2.3.1. Thành lập lưới đường chuyền cấp 2 bằng máy toàn đạc điện tử 44
2.3.1.1. Đồ hình lưới đường chuyền cấp 2 trong xây dựng đường ô tô 44
2.3.1.2. Phương pháp thành lập lưới đường chuyền cấp 2 bằng máy toàn đạc
điện tử . 46
2.3.2. Thành lập lưới đường chuyền cấp 2 bằng phương pháp “GPS- động” 50
2.3.2.1. Nguyên lý và độ chính xác của phương pháp “GPS- động” 50
2.3.2.2. Ứng dụng phương pháp “GPS- động” thành lập lưới đường chuyền
cấp 2 . 52
2.3.3. Đánh giá hiệu quả của phương pháp “GPS- động” trong thành lập lưới
đường chuyền cấp 2 57
2.3.4. Thành lập lưới khống chế độ cao bằng máy toàn đạc điện tử . 58
2.3.4.1. Nghiên cứu phương pháp nâng cao độ chính xác đo cao bằng máy
toàn đạc điện tử 58
2.3.4.2. Phương pháp thành lập lưới khống chế độ cao bằng máy toàn đạc
điện tử . 65
2.3.5. Thành lập đồng thời lưới đường chuyền cấp 2 và lưới khống chế độ cao
hạng IV bằng máy toàn đạc điện tử 66
2.3.5.1. Phương pháp đo và xử lý số liệu 66
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 toàn đạc điện tử 68 4

2.4. NGHIÊN CỨU BỐ TRÍ VỊ TRÍ ĐIỂM MẶT BẰNG VÀ ĐỘ CAO BẰNG MÁY
TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ TRONG THI CÔNG ĐƯỜNG Ô TÔ 69
2.4.1. Ứng dụng máy toàn đạc điện tử bố trí vị trí điểm mặt bằng . 69
2.4.1.1. Phân tích sai số bố trí điểm bằng chương trình “setting out” của máy
toàn đạc điện tử 69
2.4.1.2. Ứng dụng chương trình “setting out” bố trí vị trí mặt bằng trong thi
công đường ô tô 71
2.4.2. Ứng dụng máy toàn đạc điện tử bố trí vị trí điểm độ cao . 73
2.4.3. Phương pháp bố trí đồng thời vị trí điểm mặt bằng và độ cao trong thi công
đường ô tô bằng máy toàn đạc điện tử 75
2.4.4. Ứng dụng phương pháp giao hội nghịch của máy toàn đạc điện tử kiểm tra
vị trí điểm mặt bằng trong thi công đường ô tô 76
2.5. PHƯƠNG PHÁP ĐO VẼ MẶT CẮT ĐỊA HÌNH TRONG GIAI ĐOẠN KHẢO
SÁT THIẾT KẾ BẢN VẼ THI CÔNG BẰNG MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ . 77
2.5.1. Đo mặt cắt dọc tuyến đường bằng máy toàn đạc điện tử . 77
2.5.2. Đo mặt cắt ngang tuyến đường bằng máy toàn đạc điện tử 78
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ
MÁY THỦY BÌNH ĐIỆN TỬ TRONG QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ NỀN
ĐƯỜNG . 81
3.1. MỤC ĐÍCH VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC CÔNG TÁC QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ NỀN
ĐƯỜNG 81
3.1.1. Mục đích công tác quan trắc chuyển vị nền đường . 81
3.1.2. Độ chính xác quan trắc chuyển vị nền đường . 82
3.1.2.1. Độ chính xác quan trắc lún nền đường . 82
3.1.2.2. Độ chính xác quan trắc chuyển vị ngang nền đường . 85
3.2. XÁC ĐỊNH CHU KỲ QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ NỀN ĐƯỜNG . 86
3.3. QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU BẰNG MÁY TOÀN
ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ MÁY THỦY BÌNH ĐIỆN TỬ 88
3.3.1. Phương pháp thành lập lưới khống chế cơ sở và phương pháp đo quan trắc
. 88
3.3.2. Phương pháp phân tích số liệu quan trắc lún nền đường trên đất yếu . 90
3.3.2.1. Khái quát phương pháp phân tích số liệu quan trắc lún theo Asaoka
và Hyperbolic . 90 5

3.3.2.2. Ứng dụng nguyên lý “số bình phương tối thiểu” phân tích số liệu
quan trắc lún theo Asaoka và Hyperbolic 92
3.4. QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ NGANG CỦA NỀN ĐƯỜNG BẰNG MÁY TOÀN
ĐẠC ĐIỆN TỬ . 97
3.4.1. Quan trắc chuyển vị ngang nền đường đắp trên đất yếu bằng máy toàn đạc
điện tử 97
3.4.1.1. Bố trí mốc lưới khống chế cơ sở và mốc quan trắc chuyển vị ngang
97
3.4.1.2. Phương pháp quan trắc và xử lý số liệu quan trắc . 98
3.4.2. Quan trắc chuyển vị ngang của nền đường đắp cao bằng máy toàn đạc điện
tử . 100
3.4.2.1. Bố trí mốc lưới khống chế cơ sở và mốc quan trắc chuyển vị ngang
100
3.4.2.2. Phương pháp quan trắc và xử lý số liệu quan trắc . 101
3.5. TRÌNH TỰ KỸ THUẬT QUAN TRẮC ĐỒNG THỜI ĐỘ LÚN VÀ CHUYỂN VỊ
NGANG CỦA NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU BẰNG MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ
. 102
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM . 106
4.1. PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO CAO BẰNG MÁY TOÀN
ĐẠC ĐIỆN TỬ . 106
4.1.1. Mục đích và phương pháp thực nghiệm 106
4.1.2. Xác định chiều dài tia ngắm và đánh giá kết quả thực nghiệm 108
4.2. PHƯƠNG PHÁP BỐ TRÍ VỊ TRÍ ĐIỂM ĐỘ CAO BẰNG MÁY TOÀN ĐẠC
ĐIỆN TỬ TRONG THI CÔNG NÚT GIAO KHÁC MỨC VÀ ĐƯỜNG TRÊN CAO
. 110
4.2.1. Mục đích, thiết bị và phương pháp thực nghiệm . 110
4.2.2. Đánh giá kết quả thực nghiệm . 111
4.3. THÀNH LẬP LƯỚI ĐƯỜNG CHUYỀN CẤP 2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP “GPS- ĐỘNG”
. 113
4.3.1. Mục đích, phương pháp thực nghiệm 113
4.3.2. Đánh giá kết quả thực nghiệm . 115
4.4. PHÂN TÍCH SỐ LIỆU QUAN TRẮC LÚN TRONG DỰ ÁN XÂY DỰNG
ĐƯỜNG CAO TỐC HÀ NỘI- HẢI PHÒNG ĐOẠN KM8+ 700- KM8+ 880 (EX2-14)
. 118 6

4.4.1. Khái quát công tác quan trắc chuyển vị nền đường trên đất yếu trong Dự
án đường cao tốc Hà Nội- Hải Phòng, đoạn Km8+700- Km8 + 880 . 118
4.4.2. Ứng dụng nguyên lý “số bình phương tối thiểu” phân tích số liệu quan trắc
lún theo Asaoka và Hyperbolic. 119
4.5. QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ TRÊN ĐƯỜNG CAO TỐC NỘI BÀI- LÀO CAI . 120
4.5.1. Xác định chu kỳ quan trắc và bố trí mốc quan trắc 120
4.5.2. Quan trắc chuyển vị ngang bằng máy toàn đạc điện tử . 122
4.5.2.1. Thành lập lưới khống chế cơ sở . 122
4.5.2.2. Phương pháp đo quan trắc chuyển vị ngang 124
4.5.3. Quan trắc độ lún bằng máy thủy bình điện tử . 128
4.4.3.1. Thành lập lưới khống chế cơ sở quan trắc lún . 128
4.5.3.2. Đo quan trắc lún . 130
4.5.3.3. Xử lý kết quả quan trắc 130
KẾT LUẬN . 135
KIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO . 137
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA NCS 138
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 139
DANH SÁCH CÁC PHỤ LỤC . 145



7

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

CPU : Central Processing Unit- Bộ xử lý trung tâm
EDM : Electronic Distance Metter- Máy đo xa điện tử
DT : Digital Theodolite – Máy kinh vĩ điện tử
Epoch : Đơn vị thời gian của công nghệ GPS
GPS : Global Positioning System- Hệ thống định vị toàn cầu
NCS : Nghiên cứu sinh
RTK : Real Time Kinematic- Đo động thời gian thực
PPK : Post Processing Kinematic- Đo động xử lý sau
TBĐT : Thủy bình điện tử
TĐĐT : Toàn đạc điện tử

8

DANH MỤC CÁC BẢNG

TT Tên bảng Trang
1 Bảng 1.1: Độ chính xác đo cao bằng máy TĐĐT ở nước ngoài 23
2
Bảng 1.2: Tổng hợp ứng dụng công nghệ trắc địa hiện đại
trong xây dựng và khai thác đường ô tô trên thế giới và ở Việt
Nam
35
3
Bảng 2.1: Các chỉ tiêu kỹ thuật lưới khống chế mặt bằng hạng
IV
41
4 Bảng 2.2: Các chỉ tiêu kỹ thuật lưới đường chuyền cấp 2 41
5
Bảng 2.3: Độ chính xác bố trí độ cao trong thi công nền mặt
đường
43
6
Bảng 2.4: Độ chính xác đo động của một số máy đo GPS phổ
biến ở Việt Nam
51
7
Bảng 2.5: So sánh phương pháp “GPS- động” với phương
pháp truyền thống trong thành lập lưới đường chuyền cấp 2
57
8
Bảng 2.6: Hiệu chỉnh nhiệt độ, áp suất khi đo cao bằng máy
TĐĐT
60
9
Bảng 2.7: Khảo sát ảnh hưởng của sai số ngắm đến kết quả đo
cao bằng máy TĐĐT
60
10
Bảng 2.8: Kết quả ước tính chiều dài tia ngắm của máy TĐĐT
theo chương trình “ETS 2013” khi thành lập lưới khống chế
độ cao
65
11
Bảng 2.9: So sánh phương pháp thành lập đồng thời lưới độ
cao hạng IV và lưới đường chuyền cấp 2 bằng máy TĐĐT với
phương pháp truyền thống
69
12
Bảng 2.10: Độ chính xác bố trí điểm bằng chương trình
“setting out” của máy TĐĐT
72
13
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
74
14
Bảng 3.1: Ước tính chiều dài tia ngắm và độ chính xác của
máy TĐĐT sử dụng quan trắc lún nền đường trên đất yếu
90 9

15
Bảng 3.2: Bảng dữ liệu khi phân tích số liệu quan trắc lún
theo phương pháp Hyperbolic trên Excel
97
16
Bảng 3.3: Kết quả thiết kế lưới khống chế cơ sở quan trắc
chuyển vị ngang nền đường đắp cao
101
17
Bảng 4.1: Tổng hợp kết quả xác định chiều dài tia ngắm thực
nghiệm
109
18
Bảng 4.2: So sánh chiều dài tia ngắm thực nghiệm (TN) và
chiều dài tia ngắm lý thuyết (LT) xác định theo chương trình
“ETS 2013”
109
19
Bảng 4.3: Hiệu độ cao giữa mốc F1 và F3 với điểm bố trí trên
các tầng nhà A2 đo bằng máy TĐĐT
112
20
Bảng 4.4: Sai số trung phương của kết quả thực nghiệm bố trí
độ cao ở các tầng nhà A2
113
21 Bảng 4.5: Tổng hợp kết quả đo GPS tĩnh tại các điểm kiểm tra 115
22
Bảng 4.6: Kết quả phân tích số liệu quan trắc lún bằng
phương pháp giải tích và Trendline của Excel
120
23
Bảng 4.7: Tọa độ và độ chính xác lưới khống chế mặt bằng cơ
sở chu kỳ “0”
124
24 Bảng 4.8: Sai số vị trí điểm yếu nhất của lưới quan trắc 125
25
Bảng 4.9: Tổng hợp kết quả tính chuyển vị ngang nền, mặt
đường
126
26 Bảng 4.10: Kết quả thành lập lưới độ cao cơ sở ở chu kỳ “0” 129
27
Bảng 4.11: Kết quả đánh giá ổn định của mốc lưới khống chế
cơ sở ở các chu kỳ
130