Quét Laser ba chiều xây dựng tư liệu hình học và quản lý xây dựng trong quá trình đào hầm đường bộ (Số 1)

Image Content

ANTHI Việt Nam

Với sự thay đổi rất nhanh trong việc tạo ra các cảm biến kỹ thuật cao, phần mềm với các chức năng xử lý số liệu chuyên nghiệp, kỹ thuật quét laser ba chiều ngày càng được trang bị những kỹ thuật cao cấp để giảm kích thước và trọng lượng máy, mức độ chi tiết và độ chính xác cao hơn, việc xây dựng các mô hình 3D tự động hay do con người tạo ra đều trở nên đơn giản hơn rất nhiều. Thực tiễn cho thấy với sự góp mặt của kỹ thuật quét laser ba chiều, công tác đo đạc, theo dõi và giám sát thi công các dự án xây dựng công trình ngầm, cụ thể ở đây là đào hầm phục vụ xây dựng các tuyến đường cao tốc tương lai được thực hiện một cách đơn giản, nhanh chóng, thường xuyên và chính xác hơn nhiều so với các phương pháp cũ. Những hoạt động đo đạc xây dựng trên công trường có ảnh hưởng trực tiếp tới cả hai khía cạnh của mỗi dự án đào hầm đó là kỹ thuật và kinh tế.

Trong các Bản tin Công nghệ tới đây, nhóm biên soạn của Công ty TNHH ANTHI Việt Nam sẽ cùng với Quý Độc giả khám phá những tiềm năng của kỹ thuật quét laser ba chiều trong việc đo đạc và theo dõi một cách chính xác quá trình đào cũng như các hoạt động xây dựng hầm trên các tuyến đường cao tốc. Các Bản tin Công nghệ này cũng sẽ cung cấp thông tin chi tiết về phương pháp quét laser ba chiều cố định, nguyên lý hoạt động của kỹ thuật cao cấp này trong hoạt động xây dựng hầm, phương thức lập kế hoạch triển khai hợp lý, thực hiện nhiệm vụ, xử lý số liệu, phân tích các mô hình thu được từ máy quét laser, đặc biệt sẽ tập trung vào phương pháp gắn kết hệ thống tọa độ vào số liệu quét, tổng hợp các mô hình bề mặt MESH, trích xuất mặt cắt ngang hầm, khả năng sử dụng số liệu quét laser kiểm tra hình dạng hầm, tính toán thể tích đào, xác nhận độ phẳng cũng như độ dày lớp bê tông lót vách hầm trong giai đoạn đào, xác nhận chỉ số đào chưa tới và đào quá sâu so với mô hình thiết kế hầm.

1. Giới thiệu

Giám sát thi công hầm bằng máy toàn đạc điện tử

Ngày nay, các dự án xây dựng hầm buộc phải đối diện với các chỉ tiêu thiết kế phức tạp hơn, các tiêu chuẩn quản lý chất lượng khắt khe, thời gian thi công rút ngắn đồng thời nguồn kinh phí xây dựng cũng bị thắt chặt hơn trước. Trong một môi trường thay đổi theo chiều hướng chặt chẽ hơn như vậy, vai trò của công tác đo đạc trắc địa công trình trở nên hết sức quan trọng, quyết định thành công của mỗi dự án đào hầm bắt đầu từ giai đoạn khảo sát khởi động, xây dựng phương án, theo dõi trong quá trình thi công tới hoàn công, kiểm tra nghiệm thu bàn giao công trình và ngay trong cả quá trình vận hành, duy tu và bảo dưỡng. Cụ thể hơn, các hoạt động đo đạc hỗ trợ xác định hình dạng hình học hầm có liên quan mật thiết tới tất cả các giai đoạn trong triển khai một dự án xây dựng hầm (ví dụ khảo sát thiết kế, đào hầm, kiểm tra chất lượng đào hầm, thông hướng hầm, phun bê tông các lớp, lắp đặt thiết bị trong hầm …). Bên cạnh đó, các tài liệu hình học của hầm cũng là những tài liệu quan trọng đối với cả nhà thầu và các kỹ sư thiết kế, đây chính là lý do để chúng ta khẳng định ảnh hưởng to lớn của chúng đối với khía cạnh kỹ thuật cũng như khía cạnh kinh tế của dự án.

Theo thông lệ, nhiệm vụ đo đạc liên quan tới các hoạt động đào hầm thường ưu tiên lựa chọn và tin tưởng vào các phương pháp đo đạc truyền thống, đôi khi có mở rộng thêm một chút liên quan tới các kỹ thuật đo vẽ ảnh. Trong những yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thuật đầu tiên thì máy toàn đạc điện tử (có thể là toàn đạc điện tử không gương) vẫn là yêu cầu bắt buộc phải sử dụng để đo đạc xác định mặt cắt phục vụ kiểm tra các tham số thiết kế và tính toán thể tích đào hầm. Thời gian gần đây đã xuất hiện một số phần mềm ứng dụng thiết kế đặc thù cho các ứng dụng hầm, những phần mềm này có khả năng xử lý tính toán tự động cả trên hiện trường và trong phòng và thực sự là những thay đổi hết sức hiệu quả trong hoạt động trắc địa công trình hầm. Tuy nhiên, nếu xem xét trên khía cạnh các phương pháp đo đạc truyền thống thì vẫn không có phương pháp truyền thống nào thể hiện được sự mềm dẻo đa dạng, thường xuyên nhanh chóng, chính xác, đầy đủ và tin cậy đặc biệt là yêu cầu thể hiện liên tục bề mặt hầm một cách chi tiết và chính xác nhất. Bên cạnh đó, kỹ thuật đo vẽ ảnh cự ly gần có khả năng cung cấp các mô hình 3D dựa trên ảnh chụp gần thể hiện hình dạng hầm. Các mô hình được tạo ra bằng việc sử dụng nhiều bức ảnh số chụp liên tục khu vực hầm bất kỳ phù hợp với tiêu cự cũng như biến dạng hình học của máy ảnh. Để có thể tạo ra được các mô hình dựa trên kỹ thuật chụp ảnh cự ly gần đòi hỏi rất nhiều kỹ thuật xử lý từ độ phủ và góc nhìn lập thể của các cặp ảnh đến việc hỗ trợ xử lý phân tích bình sai khối ảnh. Mặc dù phương pháp đo vẽ ảnh là kỹ thuật có khả năng dựng mô hình tổng quan hầm với giá thành thấp nhất, tuy nhiên chúng lại không được lựa chọn sử dụng trong các dự án xây dựng hầm do những đặc thù riêng như bề mặt vách hầm không đồng nhất và điều kiện ánh sáng yếu. Có thể nói với những thay đổi cập nhật liên tục của các công cụ phần mềm làm cho quy trình chụp ảnh trên thực địa và xử lý số liệu trong phòng trở nên đơn giản hơn thì khả năng tạo ra các mô hình ảnh lập thể phục vụ cho đo vẽ dựng mô hình 3D bằng ảnh chụp cự ly gần vẫn đòi hỏi những chuyên gia thực hiện phải là người có nhiều kinh nghiệm.

Hình dạng và cấu trúc bề mặt hầm được thể hiện chi tiết bằng tập hợp số liệu quét laser ba chiều mặt đất.

Trong những năm gần đây, sự xuất hiện của kỹ thuật quét laser ba chiều đã mở ra một viễn cảnh mới trong việc ghi nhận và xây dựng lại mô hình 3D hình dạng và vách hầm ở tất cả các bước trong quá trình xây dựng. Các máy quét laser ba chiều mặt đất TLS (Terrestrial Laser Scanner) sử dụng sự phản xạ của trùm tia laser có định hướng từ các đối tượng trên thực địa để tính toán chính xác vị trí của chúng trong không gian ba chiều hoàn chỉnh. Những máy quét laser độ phân giải cao có khả năng tạo ra hàng triệu điểm đo mỗi giây với độ chính chính xác cao (thông thường đạt từ mm tới cm) trong khoảng thời gian vô cùng nhanh, và quan trọng nữa là số liệu có thể thu được trong những điều kiện môi trường thực tế hết sức khó khăn. Các máy quét laser cũng có khả năng sử dụng trong điều kiện không gian hạn chế dưới mặt đất trong hàng loạt các ứng dụng điển hình như xây dựng mô hình hầm lò, xây dựng dân dụng, mô hình hóa hình dạng hang động, thu thập tư liệu khảo cổ học. Từ những thông tin tổng quan này để chúng ta thấy được khả năng đóng góp của kỹ thuật quét laser ba chiều trong lĩnh vực xây dựng hầm đường bộ, thực tiễn cho thấy vẫn còn nhiều tiềm năng của kỹ thuật này chưa được khám phá hết. Tuy nhiên chúng ta cũng cần nhìn nhận một thực tiễn rằng, mặc dù có rất nhiều lợi thế về kỹ thuật thì công nghệ quét laser ba chiều vẫn còn đó những khó khăn nhất định như giá thành đầu tư một hệ thống hoàn chỉnh còn rất cao, những thuật toán cao cấp hỗ trợ quá trình xử lý số liệu tự động vẫn còn đang được nghiên cứu và phát triển trong các phần mềm ứng dụng, phương án quản lý có hiệu quả khối lượng số liệu lên tới hàng trăm triệu điểm đo … đây có lẽ vẫn là những cản lực ảnh hưởng tới khả năng ứng dụng rộng rãi kỹ thuật cao cấp này trong thực tiễn.  

 (Còn tiếp)

Mọi thông tin xin liên hệ với chúng tôi qua hòm thư: info@anthi.com.vn