Nghiên cứu ứng dụng công nghệ radar xuyên đất (gpr) trong dò tìm và đo vẽ bản đồ công trình ngầm đô thị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRUỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT HÀ NỘI
--------0O0--------

NGUYỄN SỸ QUẢNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RADAR XUN
ĐẤT (GPR) TRONG DỊ TÌM VÀ ĐO VẼ BẢN ĐỒ
CƠNG TRÌNH NGẦM ĐƠ THỊ
Ngành:

Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ

Mã số:

60520503

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn khoa học:
TS. TRẦN VIẾT TUẤN

Hà Nội - 2013


1

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin can đoan đây là cơng trình nghiên cứu riêng của tôi. Các số liệu
trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng
trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Sỹ Quảng


2

MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………….

1

MỤC LỤC…………………………………………………………………

2

DANH MỤC CÁC BẢNG………………………………………………...

5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ……………………………………………..

6

MỞ ĐẦU…………………………………………………………………..

8

1. THÀNH LẬP BẢN ĐỒ CƠNG TRÌNH NGẦM ĐÔ THỊ…………….. 11
1.1.

KHÁI NIỆM CHUNG……………………………………………... 11

1.1.1 Khái niệm…………………………………………………………… 11
1.1.2. Đặc điểm và vai trị của cơng trình ngầm…………………………... 11
1.1.3. Phân loại cơng trình ngầm………………………………………….. 12
1.2.

THỰC TRẠNG QUẢN LÝ CƠNG TRÌNH NGẦM Ở NƯỚC TA.

14

1.3.

CÁC PHƯƠNG PHÁP DỊ TÌM CƠNG TRÌNH NGẦM…………

17

1.3.1. Phương pháp đo vẽ trực tiếp……………………………………….. 18
1.3.2. Sử dụng thiết bị dị tìm……………………………………………..
1.4.

19

MỘT SỐ LOẠI MÁY DỊ TÌM CƠNG TRÌNH NGẦM………….. 20

1.4.1. Máy dị tìm cơng trình ngầm IT-4………………………………….. 20
1.4.2. Máy dị tìm cơng trình ngầm U-SCAN, SCANSMITTER………… 21
R
T

1.4.3. Máy dị tìm cơng trình ngầm SUBSITE 70 /70 ………………….. 22

1.4.4. Máy dị tìm cơng trình ngầm GPR/RAMAC (Ground Panetrating
Radar - GPR)………………………………………………………..

22

CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ GPR (GROUND PANETRATING
RADAR)…………………………………………………………………..

23

2.1. CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN VỀ SĨNG……………………….

23

2.2. SỰ LAN TRUYỀN VÀ ĐỘ SUY GIẢM CỦA SÓNG RADAR……. 25
2.3. SỰ PHẢN XẠ VÀ KHÚC XẠ CỦA SÓNG RADAR………………. 27


3

2.3.1. Trường hợp phân cực E…………………………………………….. 28
2.3.2. Trường hợp phân cực H…………………………………………….

28

2.4. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ
RAMAC X3M…………………………………………………………….. 31
2.4.1. Nguyên lý hoạt động……………………………………………….. 31

2.4.2. Cấu tạo máy………………………………………………………... 32
2.5. MỘT SỐ THAM SỐ KỸ THUẬT VÀ KHẢ NĂNG PHÁT HIỆN

35

CƠNG TRÌNH NGẦM CỦA MÁY RAMAC X3M……………………..
2.5.1. Khối điều khiển……………………………………………………. 35
2.5.2. Các loại ăngten…………………………………………………….

36

2.6. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM THU THẬP SỐ LIỆU GROUND
VISION……………………………………………………………………

38

2.6.1. Giao diện sử dụng…………………………………………………... 39
2.6.2. Thao tác sử dụng……………………………………………………

46

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RADAR XUN ĐẤT ĐỂ
DỊ TÌM CƠNG TRÌNH NGẦM…………………………………………. 53
3.1. TỔNG QUAN, QUY TRÌNH DỊ TÌM VÀ CÁC LỰA CHỌN
THAM SỐ, GIẢI PHỔ……………………………………………………. 53
3.1.1. Quy trình thao tác dị tìm…………………………………………… 54
3.1.2. Cài đặt các tham số của các bộ lọc số liệu………………………….

56

3.1.3. Lựa chọn các bộ lọc số liệu dò tìm trong máy RAMAC/X3M…….. 57
3.1.4. Lựa chọn các thang màu hiển thị phù hợp………………………….

58

3.2. MỘT SỐ KẾT QUẢ DỊ TÌM……………………………………….

58

3.3. KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC DỊ TÌM CƠNG TRÌNH NGẦM
CỦA THIẾT BỊ RAMAX/X3M…………………………………………..

64

3.4. MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM…………………… 70
3.4.1. Xác định các thông số kỹ thuật của máy Radar xuyên đất với khu

70


4

vực đo vẽ Hà Nội………………………………………………………….
3.4.2. Nhận dạng cơng trình ngầm trên giản đồ sóng.................................. 83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................... 88
KẾTL UẬN................................................................................................... 88
KIẾN NGHỊ.................................................................................................. 89
LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 90

5

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số TT

Tên bảng

1

Bảng 2.1

Nội dung
Các đại lượng của sóng điện từ được

Trang
29

dùng trong GPR
2

Bảng 2.2

Tính chất điện của một số loại vật chất

30

thường gặp
3

Bảng 3.1

Bảng giá trị và kết quả so sánh độ sâu
các cơng trình ngầm giữa hai phương
pháp.

65


6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số TT

Tên hình

Nội dung

Trang

vẽ
1

Hình 1.1

Cấu tạo và ngun tắc hoạt động của

21

máy dị cơng trình ngầm hoạt động theo
nguyên tắc cảm ứng điện từ.

2

Hình 2.1

Sự phản xạ và khúc xạ của một sóng

28

điện từ phẳng trên mặt ranh giới trung
gian cho trường hợp phân cực E và H.
3

Hình 2.2

Máy dị cơng trình ngầm Ramac X3M

32

4

Hình 2.3

Máng dùng để kéo ăngten

33

5

Hình 2.4

Sơ đồ khối của thiết bị Radar xuyên đất

34

6

Hình 2.5

Ăng ten

36

7

Hình 2.6

Các loại khối điều khiển CUII, bảng đa

39

kênh, X3M và X3M Corder
8

Hình 2.7

Cửa sổ chính của phần mềm Ground

40

Vision với 2 file số liệu khác nhau

được mở
9

Hình 2.8

Khi khơng có file nào được mở thì trình

41

đơn Radargram và Window khơng hiển
thị
10

Hình 2.9

Khi có màu xám, các lựa chọn ứng với

43

các nút F5, F6, F7, F8, F9 sẽ khơng có
tác dụng
11

Hình 2.10

Giản đồ sóng

44

Hình 2.11

Cửa sổ đường ghi số liệu, quản lý cửa

45


7

sổ đường ghi số liệu:
12

Hình 2.12

Khi nguồn bật và kết nối đúng cách,

47

nút Start (F5) sẽ có màu đỏ
13

Hình 2.13

Hộp thoại thiết lập phép đo mới

47

14

Hình 2.14

Hộp thoại Open

48

15

Hình 2.15

Hộp thoại Filter

49

16

Hình 2.16

Hộp thoại thang màu

50

17

Hình 2.17

Hộp thoại thiết lập các trục tỉ lệ

50

18

Hình 2.18

Hộp thoại thiết lập các kí hiệu đánh dấu

51

19

Hình 3.1

Hộp thoại thay đổi đơn vị đo.

55

20

Hình 3.2

Giản đồ sóng

59

21

Hình 3.3

Giản đồ sóng

60

22

Hình 3.4

Giản đồ sóng

61

23

Hình 3.5

Giản đồ sóng

61

24

Hình 3.6

Hộp thoại thiết lập phép đo mới

71

25

Hình 3.7

Hộp thoại thiết lập các thơng số cho

72

phép đo
26

Hình 3.8

Hộp thoại thiết lập phép đo mới tuyến

75

phố Hàng Khay
27

Hình 3.9

Hộp thoại thiết lập các tham số cho

75

phép đo mới tuyến phố Hàng Khay
28

Hình 3.10

Hộp thoại sử dụng các ký hiệu đánh

78

dấu khu vực đo vẽ Hồ Hồn Kiếm

29

Hình 3.11

Hộp thoại sử dụng các bộ lọc

79

30

Hình 3.12

Hộp thoại bộ lọc loại nhiễu khơng đổi

79

31

Hình 3.13

Hộp thoại bộ lọc khuếch đại theo thời

80


8

gian
32

Hình 3.14

Hộp thoại thiết lập bảng màu

81

33

Hình 3.15

Hộp thoại lựa chọn bảng màu

81

34

Hình 3.16

Hộp thoại bảng màu sẽ dùng trong việc

82

giải đốn số liệu khu vực đo vẽ Hồ
Hồn Kiếm
35

Hình 3.17

Hộp thoại các trục tỷ lệ

83

36

Hình 3.18

Nhận dạng cơng trình ngầm trên giản

84

đồ sóng
37

Hình 3.19

Giản đồ sóng

86

38

Hình 3.20

Giản đồ sóng

86

39

Hình 3.21

Thơng số bộ lọc

86

40

Hình 3.22

Giản đồ sóng

87

41

Hình 3.23

Giản đồ sóng

87

42

Hình 3.24

Bảng màu

87

9

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay ở Việt Nam nhu cầu thành lập bản đồ cơng trình ngầm ở các
khu vực đô thị là rất cấp thiết, nhằm phục vụ cho việc thi cơng các cơng
trình cơ sở hạ tầng cũng như ngầm hoá các tuyến cáp trên cao. Trong khi đó,
hồ sơ tài liệu về cơng trình ngầm (CTN) ở nước ta từ trước đến nay chưa
được quản lý thống nhất và đặc biệt là chưa hề có bản đồ cơng trình ngầm
đúng với ý nghĩa của nó. Đây cũng chính là khó khăn rất lớn cho các đơn vị
thiết kế và thi công các công trình quan trọng trong khu vực đơ thị. Tất cả
các yếu tố đã nêu trên đặt ra một yêu cầu mang tính cấp bách: đó là cần phải
thành lập bản đồ cơng trình ngầm ở khu vực đơ thị với mục đích quản lý,
khai thác và quy hoạch phát triển không gian ngầm ở các khu vực đô thị tại
Việt Nam.
Điểm khác biệt quan trọng khi đo vẽ, thành lập bản đồ cơng trình
ngầm và đo vẽ thành lập bản đồ địa hình là ở chỗ: các đối tượng đo vẽ đều
nằm chìm ở dưới mặt đất, ở những độ sâu khác nhau. Các cơng trình ngầm
lại được xây dựng rất đa dạng bằng nhiều loại vật liệu như gạch, bê tơng,
ống thép, ống nhựa PVC vv... Do đó vấn đề quyết định trong công tác thành
lập bản đồ công trình ngầm là thiết bị dị tìm và phát hiện cơng trình ngầm.
Để đáp ứng được u cầu này đã có nhiều nhà sản xuất trên thế giới đã và
đang chế tạo nhiều loại thiết bị khác nhau. Một trong những phương pháp dị
tìm cơng trình ngầm là sử dụng nguyên lý Radar xuyên đất (Ground
Penetrating Radar - GPR). Do điều kiện địa chất và điều kiện tự nhiên của
nước ta có những đặc điểm khác biệt, nên việc khảo sát, đánh giá khả năng
và độ chính xác dị tìm cơng trình ngầm của thiết bị GPR trong điều kiện
ứng dụng ở nước ta là rất cần thiết.

10

Với những lý do trên tôi đã đề xuất và được chấp nhận thực hiện đề
tài: “Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ Radar xun đất (GPR) trong dị
tìm và đo vẽ bản đồ cơng trình ngầm đơ thị”
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận văn là khảo sát độ chính xác và khả
năng ứng dụng cơng nghệ Radar xun đất trong dị tìm và đo vẽ bản đồ
cơng trình ngầm đơ thị.
Phạm vi nghiên cứu của luận văn bao gồm các phương pháp dò tìm,
đánh giá độ chính xác và minh giải phổ sóng Radar.
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng cơ sở thực tiễn để đánh giá độ
chính xác và tính hiệu quả của cơng nghệ Radar xun đất trong dị tìm và
đo vẽ bản đồ cơng trình ngầm đơ thị.
4. Nội dung nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu khả năng ứng dụng và khảo sát độ chính xác dị tìm cơng
trình ngầm của thiết bị RAMAC/X3M.
Mở rộng phạm vi ứng dụng công nghệ Radar xun đất trong dị tìm
và đo vẽ bản đồ cơng trình ngầm đơ thị.
5. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm, xây dựng giải phổ cho công nghệ
Radar xun đất trong dị tìm và đo vẽ bản đồ cơng trình ngầm đơ thị.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu khẳng định khả năng ứng dụng công nghệ Radar
xuyên đất trong dị tìm và đo vẽ bản đồ cơng trình ngầm đô thị đồng thời bổ
sung một số biện pháp nhằm nâng cao độ chính xác trong cơng tác dị tìm
cơng trình ngần đơ thị.

11

Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở khoa học để áp dụng vào thực
tế sản xuất giúp cho việc ứng dụng công nghệ Radar xuyên đất trong dị tìm
và đo vẽ bản đồ cơng trình ngầm đơ thị có hiệu quả hơn, góp phần nâng cao
năng suất lao động và hiệu quả kinh tế:
- Ứng dụng công nghệ Radar xun đất trong dị tìm và đo vẽ bản đồ
cơng trình ngầm đơ thị, đáp ứng độ chính xác đồng thời nâng cao năng suất
lao động.
- Kết quả dị tìm nhanh chóng, chính xác sẽ giúp các nhà quản lý, nhà
nghiên cứu hồn tồn có thể áp dụng công nghệ này trong thực tế sản xuất.
7. Cấu trúc luận văn
Luận văn gồm 90 trang với 3 chương, trong đó 2 chương đầu là 2
chương nghiên cứu lý thuyết của đề tài, chương 3 là chương thực nghiệm
tính tốn để chứng minh cho những nghiên cứu ở chương 2 và chương 3.
Trong q trình thực hiện luận văn, tơi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt
tình của các đơn vị, các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và sự hướng dẫn
chu đáo, tận tình của thầy giáo TS. Trần Viết Tuấn
Tôi xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến bộ mơn trắc địa cơng trình,
trường đại học Mỏ-Địa Chất Hà Nội và đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn TS.
Trần Viết Tuấn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!


12

CHƯƠNG 1. THÀNH LẬP BẢN ĐỒ CƠNG TRÌNH NGẦM ĐƠ THỊ
1.1.

KHÁI NIỆM CHUNG

1.1.1. Khái niệm
Cơng trình ngầm đơ thị là các loại cơng trình được bố trí và xây dựng
ngầm dưới lịng đất, các cơng trình ngầm này được bố trí dọc theo các đường
phố với độ sâu nhỏ hơn 6m kể từ mặt đất trở xuống. Các cơng trình như
đường ống cấp nước, cống thoát nước, cáp ngầm viễn thông, cáp ngầm điện
lực, cáp ngầm chiếu sang khu đô thị, cáp ngầm tín hiệu giao thơng … đều là
thuộc loại cơng trình ngầm đơ thị.
1.1.2. Đặc điểm và vai trị của cơng trình ngầm
Các cơng trình ngầm hiện nay ở các đô thị nước ta, một số đuợc xây
dựng từ thời pháp thuộc nhưng mới chỉ có hệ thống cấp nước và thoát nước
là chủ yếu. Tuy nhiên ở thời kỳ đó quy mơ của các hệ thống cấp thốt nước
vẫn cịn nhỏ, chỉ tập chung ở khu vực nội thành, chưa được phát triển rộng
rãi. Mặt khác ở thời kỳ đó dân số cịn ít, diện tích thành phố cịn nhỏ nên hệ
thống cơng trình ngầm là khơng đáng kể về quy mô xây dựng.
Trong giai đoạn chiến tranh, cả nước tập chung sức người và của cải
vào cơng cuộc chiến đấu giải phóng dân tộc, việc xây dựng cơ sở hạ tầng
không đuợc chú trọng. Các công trình ngày càng hư hỏng do tác động của
chiến tranh, một số khu vực bị bom đạn tàn phá dẫn đến hiện tượng mất mát
các cơng trình, trong đó có cả cơng trình ngầm.
Trong thời kỳ xây dựng xã hội chủ nghĩa, hệ thống cơng trình ngầm
được phát triển để phục vụ cho cuộc sống của nhân dân. Nhưng việc xây
dựng không được tiến hành đồng bộ mà chỉ tập chung vào việc tu sửa, nâng
cấp các cơng trình đã bị chiến tranh tàn phá.
Ở các thành phố, khu công nghiệp hiện đại có nhiều hệ thống các cơng
trình ngầm như các đường ống cấp nước, cống thoát nước, ống dẫn khí hoặc


13

các chất lỏng, các cáp điện lực, thông tin điện thoại, truyền hình, chiếu sáng
đơ thị…
Mỗi loại cơng trình ngầm đều có vai trị hết sức quan trọng, trong đó
hệ thống cung cấp nước sạch giữ vai trò đặc biệt quan trọng, hệ thống này
cung cấp nước sạch cho cuộc sống sinh hoạt của toàn bộ dân cư tại các đơ
thị, vì vậy hệ thống cấp nước sạch khơng thể thiếu ở các đơ thị. Hệ thống
thốt nước đảm bảo cho khu vực đơ thị trách khỏi tình trạng ngập úng vào
mùa mưa bão, tiêu thoát một lượng nước thải sinh hoạt, nước thải công
nghiệp đổ ra từ các khu dân cư cũng như từ các khu công nghiệp, nhà máy...
Để tiết kiệm phần không gian chật hẹp ở các đơ thị thì hệ thống cáp điện lực,
cáp thơng tin, cáp truyền hình có xu hướng được ngầm hố góp phần làm
tăng mỹ quan cho các đô thị.
Nếu như các hệ thống cáp điện lực, cáp thông tin, cáp truyền hình,
đường ống cấp nước, đường ống dẫn khí… đều được bố trí chung trong một
hầm chuyên dụng được gọi chung là tuyến kỹ thuật thì càng làm tăng sự tối
ưu về kỹ thuật và tiết kiệm về mặt kinh tế cho các cơng trình ngầm.
Một số vấn đề đáng quan tâm ở các đô thị nước ta hiện nay là nạn ách
tắc giao thông xảy ra thường ngày, để giải quyết vấn đề này thì một giải
pháp mà các nhà quản lý, quy hoạch nghĩ tới đó là ngầm hố một phần hệ
thống giao thông, xây dựng các bến đỗ xe ngầm, xây dựng các tuyến xe điện
ngầm, tàu điện ngầm tuơng lai.
Như vậy các cơng trình ngầm đơ thị ngày càng được quan tâm xây
dựng và phát triển phù hợp với xu hướng hiện đại hố của các đơ thị.
1.1.3. Phân loại cơng trình ngầm
1. Đường ống tự chảy
Hệ thống thoát nước thải, hệ thống thoát nước mưa đều thuộc loại
đường ống tự chảy. Các hệ thống này được xây dựng dưới dạng ống hoặc


14

cống kim loại, ống bê tong cốt thép đường kính F ³ 600 (mm) hoặc ống xi
măng amiăng có đường kính nhỏ hơn.
Trong hệ thống tự chảy, tại những chỗ nối đường ống, chỗ ngoặt, chỗ
thay đổi đường kính, chỗ thay đổi độ dốc của đưịng ống thường có giếng ga.
Đối với những đoạn ống thẳng thì cứ 50 ÷ 100 (m) có một giếng ga.
Các ống tự chảy được đặt với độ dốc thiết kế, giá trị nhỏ nhất của độ
dốc tùy thuộc vào độ lớn của ống.
F = 200 (mm)

đ

F = 600 ữ 1000 (mm)

đ imin= 0.003 ữ 0.001

F = 1250 (mm)

®

imin= 0.005

imin= 0.0005

2. Đường ống áp lực
Các loại ống dẫn chất lỏng và chất khí nhờ áp lực như ống dẫn nước
sinh hoạt, ống dẫn dầu, ống dẫn khí đều thuộc loại đường ống áp lực.
Trên tuyến ống dẫn nước sinh hoạt, cứu hoả, công nghiệp thường có
các giếng ga cách nhau khoảng 100m và trong đó có van điều chỉnh.
Độ dốc mặt ống thường là i = 0.001, ống dẫn khí thường đặt ở độ sâu

³ 0.7 (m) và cứ khoảng 100 (m) có một giếng ga. Trên các khu cơng nghiệp,

có thể cịn có một số loại đường ống áp lực khác.
3. Đường cáp điện ngầm
Các cáp điện cao thế, hạ thế, các cáp điện ngầm thường được đặt
thành bó trong các ống bê tơng, xi măng, nhựa hoặc được đặt trực tiếp ở đáy
hào có nắp đậy. Độ sâu đặt cáp điện ngầm thường từ 0.7 ÷ 1.0 (m). Đối với
cáp điện cao thế ( ³ 110KV) thì phải đặt sâu 1.5 ÷ 1.8 (m).
4. Tuyến hào kỹ thuật
Các hệ thống đường ống, cáp dẫn điện, điện thoại, điện chiếu sáng đơ
thị có thể được bố trí chung trong đường hầm chuyên dụng gọi là tuyến hào


15

kỹ thuật nhưng ở nước ta cơng trình dạng này rất ít, hầu như chưa thành phố
nào xây dựng dạng cơng trình này.
1.2. THỰC TRẠNG QUẢN LÝ CƠNG TRÌNH NGẦM Ở NƯỚC
TA
1- Quản lý theo ngành, có nhiều bộ phận cơ quan chức năng cùng
tham gia quản lý hệ thống cơng trình ngầm. Mỗi đơn vị lại quản lý một loại
cơng trình ngầm thuộc ngành của mình, khơng một đơn vị nào đứng ra quản
lý chung toàn bộ hệ thống các cơng trình ngầm đã có hiện nay.
Ngành điện chỉ quản lý các cơng trình liên quan đến điện như các
cơng trình cáp điện lực ngầm, cáp điện ngầm chiếu sang đô thị, ngành nước
chỉ quan tâm đến các công trình cấp thốt nước ngầm. Ngành bưu chính chỉ
quản lý đến đường dây điện thoại ngầm… Do sự quản lý khơng đồng bộ này
dẫn đến một khó khăn nhất định trong công tác quản lý quy hoạch, thi công
các công trình ngầm. Thực tế có thể thấy đường giao thơng vừa mới làm
xong lại bị đào lên để đặt hệ thống cấp thoát nước nhưng mai lại đào đường

để đặt hệ thống cáp điện ngầm, hay đặt cáp điện thoại… Thực trạng này đã
quá quen thuộc với đời sống của người dân, đặc biệt là các đô thị lớn ở nước
ta.
Hồ sơ các cơng trình ngầm bị phân tán theo các ngành quản lý riêng
do đó nhu cầu cần sử dụng sẽ rất khó khăn và bất tiện.
Nếu như có một cơ quan đứng ra quản lý chung toàn bộ các cơng trình
ngầm thì khi thi cơng xây dựng các cơng trình ngầm sẽ tiết kiệm về mặt kinh
tế và quan trọng là các cơng trình này khơng có sự chồng chéo lên nhau như
trong thực tế hiện nay.
2- Thi cơng xây dựng các cơng trình ngầm chưa có quy hoạch đồng
bộ, nếu như có quy hoạch cụ thể thì khi thi công xây dựng sẽ giảm thiểu rất


16

nhiều công sức và tiền của, nên kết hợp thi cơng xây dựng một số cơng trình
khi có cùng điều kiện về vị trí và thời gian xây dựng.
3- Hầu hết tất cả các cơng trình ngầm đều nằm dưới vỉa hè và lịng các
tuyến phố có mật độ giao thông đi lại rất đông đúc. Nếu ngăn đường để xây
dựng hoặc cải tạo, tu bổ các cơng trình ngầm thì sẽ gây cản trở giao thơng,
cịn nếu ngăn một phần đường để thi cơng thì ngồi việc đoạn đường bị thu
hẹp lại sẽ gây ách tắc giao thông, gây nguy hiểm cho người đi đường nếu
như công tác an tồn lao động khơng đảm bảo tốt. Khi xây dựng mới các
cơng trình ngầm thì cần phải có sơ đồ tồn bộ hệ thống cơng trình ngầm ở
bên dưới khu vực xây dựng. Nhưng thực tế chứng ta chưa có một tài liệu nào
nói rõ về các cơng trình ngầm này. Việc khơng nắm rõ về các cơng trình này
trước khi thi cơng gây khó khăn cho q trình xây dựng sau này.
4- Quá trình nghiên cứu thực địa cho thấy hồ sơ của các cơng trình
ngầm khơng đầy đủ. Có khá nhiều cơng trình ngầm chỉ có trên bảng thống
kê mà khơng có bản vẽ, khơng xác định được về mặt bằng và độ sâu. Trong

hồ sơ cơng trình ngầm khơng có bản đồ hồn cơng mà chỉ có bản vẽ thiết kế.
Các cơng trình ngầm được xây dựng theo một hệ toạ độ riêng không gắn với
hệ toạ độ của nhà nước hay của thành phố. Qua một thời gian dài những mốc
toạ độ này bị mất nên khó xác định lại vị trí mặt bằng của cơng trình ngầm
để dễ dàng trong cơng tác quản lý, muốn làm điều này phải có thiết bị để dị
tìm xác định lại vị trí của chúng trên thực địa.
5- Do sự phát triển của xã hội, nhu cầu đi lại của con người ngày càng
tăng vì vậy phải đa dạng và hiện đại hố mạng lưới giao thơng. Việc phát
triển mới các tuyến giao thơng là rất khó khăn bởi vì điều kiện giao thơng
nước ta chật hẹp, mật độ dân cư lại đông đúc không cho phép mở thêm
nhiều tuyến đường nữa. Điều đó khiến cho các nhà quản lý, các cơ quan có
chức trách phải tính đến việc xây dựng các tuyến đường trên cao hay ngầm


17

dưới đất, trong đó việc xây dựng các tuyến đường tàu điện ngầm là một giải
pháp tiết kiệm một phần không gian cho các đô thị. Để giải quyết những vấn
đề trên cần phải tiến hành thành lập bản đồ cơng trình ngầm, từ đó mới có
những biện pháp cụ thể để phát triển hệ thống cơng trình ngầm một cách hợp
lý phục vụ tốt nhất cho cuộc sống con người.
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP DỊ TÌM CƠNG TRÌNH NGẦM
Để thành lập bản đồ cơng trình ngầm đơ thị thì cơng tác dị tìm cơng
trình ngầm giữ vai trị then chốt trong tồn bộ quy trình cơng nghệ thành lập
bản đồ cơng trình ngầm.
Quy trình thành lập bản đồ cơng trình ngầm đô thị:
1- Thu nhập hồ sơ, tài liệu hiện có về cơng trình ngầm và hệ thống
trắc địa bản đồ trên khu vực đo vẽ. Trên cơ sở phân tích tài liệu thu được,
tiến hành khảo sát thực địa mới có thể lựa chọn hợp lý phương pháp kỹ thuật
điều tra, đo vẽ cơng trình ngầm.

2- Điều tra thực địa, làm rõ mức độ phù hợp và độ chính xác của các
tài liệu thu thập được so với thực tế để có kế hoạch đo đạc bổ sung, chỉnh
sửa và thành lập bản đồ nền. Quan điều tra thực địa, phân tích, khai thác tài
liệu thu thập được, sẽ có được nhiều dữ liệu quan trọng đặc biệt là các dữ
liệu thuộc tính phi khơng gian mà q trình dị và đo cơng trình ngầm khơng
thể thu được.
3- Dị cơng trình ngầm, xác định vị trí mặt bằng và độ sâu của các
điểm lấp (khơng có dấu vết lộ trên mặt đất). Kết quả dị cơng trình ngầm
cũng cho phép nhận biết sơ bộ hình dạng và kích thước tiết diện ngang của
cơng trình ngầm.
4- Đo nối các điểm đặc trưng (gồm điểm lộ và điểm lấp) của cơng
trình ngầm và các điểm đặc trưng địa hình cần thiết với các điểm khống chế
mặt bằng và toạ độ cao nhà nước trong khu vực đo vẽ. Mục đích của việc đo


18

nối là để xác định vị trí mặt bằng và độ cao của các điểm đặc trưng địa hình
trong hệ toạ độ và độ cao nhà nước, thống nhất với bản đồ nền.
5- Thành lập bản đồ cơng trình ngầm, bao gồm từng loại bản đồ của
cơng trình ngầm, bản đồ tổng hợp các cơng trình ngầm, mặt cắt dọc các cơng
trình ngầm, mặt cắt ngang các cơng trình ngầm (cắt ngang đường phố).
6- Biên tập và in ấn bản đồ.
Như vậy, cơng tác dị tìm cơng trình ngầm có ý nghĩa đặc biệt quan
trọng trong tồn bộ quy trình cơng nghệ thành lập bản đồ cơng trình ngầm.
Song thực tế lại có nhiều phương pháp dị tìm cơng trình ngầm, cần phải lựa
chọn phương pháp dị tìm thích hợp với điều kiện và yêu cầu thành lập bản
đồ công trình ngầm.
1.3.1. Phương pháp đo vẽ trực tiếp
1. Phương pháp đo vẽ hồn cơng

Phương pháp đo vẽ hồn cơng được thực hiện sau khi hồn thành
cơng việc xây dựng và lắp đặt xong các thiết bị của cơng trình ngầm mà
chưa lấp đất. Đo vẽ hồn cơng được tiến hành rất thuận lợi, ít tốn kém và đạt
độ chính xác rất cao. Trường hợp này các điểm đặc trưng của cơng trình
ngầm được đo nối trực tiếp với các điểm khống chế đo vẽ để xác định toạ độ
và độ cao.
Hầu hết các cơng trình ngầm xây dựng mới hiện nay đều được đo vẽ
bản đồ cơng trình ngầm dưới dạng đo vẽ hồn cơng vì đây là phương pháp
dễ làm, ít tốn kém mà lại đạt độ chính xác cao.
Tuy nhiên hầu hết các bản đồ hồn cơng cơng trình ngầm đã có hiện
nay, thường tồn tại dưới dạng lược đồ mang tính sơ hoạ, khơng phải là bản
đồ hồn cơng theo đúng nghĩa. Các cơng trình ngầm này khi đo vẽ không
được gắn với hệ toạ độ nhà nước nên khó xác định vị trí mặt bằng và độ cao.
Các bản đồ hồn cơng dạng này thường chỉ biểu diễn một loại cơng trình


19

ngầm riêng lẻ theo ngành được quản lý bởi các ngành khơng có sự thống
nhất đồng bộ. Nhược điểm của phương pháp đo vẽ hồn cơng là chỉ đo vẽ
được khi các cơng trình ngầm xây dựng mới, chưa lấp đất nhưng hiện nay
các cơng trình ngầm này đã được đưa vào sử dụng. Vì vậy để thành lập bản
đồ cơng trình ngầm đơ thị trên một diện rộng theo quy mơ tổng thể thì khơng
thể áp dụng được phương pháp đo vẽ hồn cơng để đo vẽ cơng trình ngầm.
2. Phương pháp đào hào
Khi cần xác định các công trình ngầm ở một khu vực nhất định mà
khơng có tài liệu liên quan như bản đồ hồn cơng, hồ sơ thiết kế…hay khơng
có thiết bị dị tìm thì bắt buộc chúng ta phải dùng phương pháp đào hào.
Căn cứ vào những dấu hiệu có thể xuất hiện cơng trình ngầm thì có
thể đào hào để phát hiện. Đối với khu vực đơ thị, các cơng trình ngầm nằm

dọc theo các tuyến phố, khi đó cần đào hào cắt ngang qua các tuyến phố để
phát hiện các cơng trình ngầm nằm dọc tuyến, sau đó dung các phuơng pháp
trắc địa để xác định vị trí mặt bằng và độ sâu của chúng. Phuơng pháp đào
hào là phương pháp thủ công khơng cịn phù hợp với điều kiện thực tế hiện
nay bởi phương pháp này gây cản trở giao thông, ô nhiễm mơi truờng và hao
phí lao động lớn.
1.3.2. Sử dụng thiết bị dị tìm
Phuơng pháp sử dụng các thiết bị chun dụng để dị tìm các cơng
trình ngầm là một phương pháp tiên tiến mà đem lại hiệu quả cao trong cơng
tác dị tìm. Có nhiều loại thiết bị có thể dị tìm đuợc cơng trình ngầm nhưng
chúng được phân làm hai loại theo nguyên tắc hoạt động: Loại thiết bị hoạt
R

T

động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ như máy IT-4, SUBSITE 70 /70 …
và các loại Radar xuyên đất hoạt động theo nguyên tắc sóng phản xạ. Việc
lựa chọn loại thiết bị dị tìm phù hợp là tuỳ thuộc vào mục đích, u cầu và
đối tuợng cần dị tìm. Song đối với bất kỳ thiết bị dị tìm truớc khi thực hiện


20

dị tìm đều phải kiểm nghiệm nhằm xác định về độ chính xác, đảm bảo
những u cầu của cơng tác dị tìm phục vụ thành lập bản đồ cơng trình
ngầm đề ra.
1.4. MỘT SỐ LOẠI MÁY DỊ TÌM CƠNG TRÌNH NGẦM
1.4.1. Máy dị tìm cơng trình ngầm IT-4
Đây là loại máy dị tìm cơng trình ngầm do Liên Xơ (cũ) sản xuất, là
loại máy hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ. Máy gồm ba bộ phận

chủ yếu: Bộ phận phát sóng, bộ phận thu (ăngten) và bộ phận chỉ báo. Theo
nguyên tắc hoạt động của máy thì máy chỉ dị tìm và xác định đuợc vị trí mặt
bằng và độ sâu của các cơng trình ngầm đang dẫn điện hoặc các cơng trình
làm bằng vật liệu dẫn điện.
Bộ phận phát được nối với cơng trình ngầm, xung quanh cơng trình
ngầm sẽ xuất hiện từ trường thay đổi với tần số của máy phát. Từ trường này
sẽ cảm ứng một dây dẫn kín được đưa vào trường đó và tạo thành dịng điện
thay đổi có cùng tần số với máy phát. Vì cuờng độ từ trường thay đổi trong
mặt phẳng vng góc với trục của cơng trình ngầm nên nếu di chuyển
ăngten của máy thu trong mặt phẳng đó thì dựa vào dịng điện cảm ứng sẽ
xác định được vị trí của cơng trình ngầm.
Phương pháp này thực hiện dễ dàng và đơn giản hơn nhiều so với
phuơng pháp đào hào, thời gian đo vẽ cũng nhanh hơn hai phương pháp đã
nêu trên rất nhiều. Dùng máy IT-4 thì khả năng phát hiện các cơng trình có
độ sâu lớn cịn hạn chế, máy chỉ có khả năng phát hiện các cơng trình có độ
sâu tối đa là 3m. Độ chính xác của phương pháp dị cơng trình ngầm bằng
máy cảm ứng phụ thuộc rất nhiều vào máy dò và điều kiện mơi trường dị
tìm. Khả năng phân giải của máy được biểu thị bằng độ nhạy của máy, khả
năng phân giải phụ thuộc chủ yếu vào các thông số kỹ thuật của máy và độ
sâu của cơng trình ngầm. Mặt khác độ nhạy âm thanh của người quan sát


21

cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của việc dị tìm cơng trình ngầm. Trong
q trình đặt trục ăngten của máy thu vào vị trí cho trước của chúng ta
thường ước lượng bằng mắt thường, nên ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác
dị cơng trình ngầm, mặt khác nhiễu do các dịng điện bên ngồi gây nên làm
khó khăn cho việc thu nhận tín hiệu, khó phân biệt cực trị, giảm độ sâu
truyền tín hiệu và khả năng phân giải của máy. Do máy chỉ dị được những

cơng trình dẫn điện hay đang dẫn điện nên việc phát hiện các cơng trình phi
kim loại là khơng thể đuợc.

Hình 1.1: Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy dò cơng trình
ngầm hoạt động theo ngun tắc cảm ứng điện từ.
1.4.2. Máy dị tìm cơng trình ngầm U-SCAN, SCANSMITTER
Máy được sản xuất tại Anh, máy hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng
điện từ, máy gồm một máy phát SCANSMITTER và một máy thu U-SCAN.
Máy có thể dị tìm và xác định vị trí mặt bằng và độ sâu cảu các cơng
trình ngầm đang dẫn điện hay các cơng trình ngầm làm bằng vật liệu dẫn
điện. Độ nhạy của máy này cao hơn máy IT-4, tín hiệu được nhận qua âm
thanh nghe thấy và bằng đồng hồ nhìn thấy.


22

R

1.4.3. Máy dị tìm cơng trình ngầm SUBSITE 70 /70
R

T

T

Máy dị tìm cơng trình ngầm SUBSITE 70 /70 do trung quốc sản
xuất, máy này cũng hoạt động trên nguyên tắc cảm ứng điện từ, máy gồm
một máy thu 70

R

T

và một máy phát 70 , dùng máy này có thể dị tìm xác

định được vị trí mặt bằng và độ sâu cảu các loại cáp điện, cáp quang, ống
kim loại, ống bê tông cốt thép và ống phi kim loại, ở bộ phận thu của máy có
màn hình tinh thể lỏng hiển thị nhưng số liệu cần thiết.
1.4.4. Máy dị tìm cơng trình ngầm GPR/RAMAC (Ground
Panetrating Radar - GPR)
Để dị tìm cơng trình ngầm hiệu quả, hãng MALA của Thuỵ Điển đã
nghiên cứu và chế tạo thành công thiết bị vật lý có khả năng phát hiện ra các
loại cơng trình ngầm ở dước lòng đất bao gồm tất cả các loại cơng trình
ngầm kim loại và phi kim như cơng trình cấp thốt nước, cáp điện thoại, cáp
điện lực…Thiết bị này là một loại rada xuyên đất có tên gọi là RAMAC
X3M.
Dùng thiết bị này có thể phát hiện được các cơng trình ngầm làm bằng
các chất liệu khác nhau như bê tông, cao su, nhựa, sắt thép… Đây là thiết bị
rất hiện đại đáp ứng được các yêu cầu đặt ra trong cơng tác dị tìm phục vụ
đo vẽ bản đồ cơng trình ngầm.


23

CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ GPR
(GROUND PANETRATING RADAR)
Radar xuyên đất là một cụm từ ứng dụng trong kỹ thuật sóng vơ
tuyến, ở dải tần số 1-1000MHz, để nghiên cứu cấu trúc và các đặc tính của
vật chất bên dưới mặt đất (có thể do con người tạo ra). Hiện nay Radar
xuyên đất được dùng chủ yếu để lập bản đồ cấu trúc trong đất và sử dụng để

kiểm tra những cấu trúc bên dưới mặt đất mà không cần phải đào bới.
2.1. CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN VỀ SĨNG
Sóng Radar xun đất là sóng điện từ cao tần (1-1000MHz). Trong
mơi trường đồng nhất và đẳng hướng chúng tuân theo hệ phương trình
Macxoen:
ĐD = r f

(2.1)

ĐB = 0

(2.2)

ĐxE = -

¶B
¶t

Đ ´ B = m(J f +

¶D
)
¶t

(2.3)
(2.4)

Với
J f = sE

(2.5)

B = mH = m o m r H

(2.6)

D = eE = e o e r E

(2.7)

Trong đó:
E: Cường độ điện trường (V/m).
D: Cảm ứng điện (As/m2).
H: Cường độ từ trường (A/m).
B: Cảm ứng từ (Vs/m2).
Jf: Mật độ dòng (A/m2).


24

ρf: Mật độ điện tích tự đo (As/m3).
σ: Độ dẫn điện (S/m).
εo: Độ thẩm điện tuyệt đối = 8,85 x 10-12 As/Vm.
εr: Độ thẩm điện (hoặc hằng số điện môi).
μo: Độ từ thẩm tuyệt đối = 4 π x 10-7 Vs/Am.
μr: Độ từ thẩm.
Khi trường điện từ biến đổi theo qui luật điều hồ thì ta có sóng điện
từ điều hồ với tần số góc là ω và thời gian phụ thuộc vào hàm mũ exp(-i w t)
trong môi trường đồng nhất với ρt = 0 ta có:
ĐE = 0

(2.8)

ĐH = 0

(2.9)

Ñ ´ E = iwm H

Ñ ´ H = J f + J d = (s - iwe ) E

(2.10)

(2.11)

Trong đó:
J d = -iωεE là mật độ của dịng điện cảm ứng liên quan đến các
điện tích liên kết.
Từ (2.10) ta có thể nhận được:
Đ ´ Đ ´ E = Ñ(ÑE ) - Ñ 2 E = ivm (s - ive ) E = k 2 E

(2.12)

Trường hợp sóng điện từ được gọi là phẳng nếu các véc tơ cường độ
điện trường và từ trường chỉ phụ thuộc vào một toạ độ không gian ứng với
phương truyền. Nếu gọi phương truyền là z thì có thể biểu diễn một thành
phần điều hoà của các véc tơ cường độ trường điện và trường từ bằng
phương trình:
E x = E x 0 e i ( kz -vt )

(2.13)