Thông tin dự án:
Năm 2008, chính phủ của Bhutan và Ấn Độ cam kết hợp tác cùng nhau trong việc phát triển dự án thủy điện trị giá hàng tỷ đô la ở khu vực Punatsangchhu của Bhutan, dọc theo con sông cùng tên. Với thời gian hoàn thành dự kiến vào năm 2020, dự án sẽ tạo ra 10.000MW điện và cung cấp điện cho hàng triệu ngôi nhà ở Bhutan và Ấn Độ.
Hai chính phủ đã thành lập PHPA, một cơ quan quản lý đến các tổ chức từ cả hai quốc gia, để làm việc với cam kết lớn. Trung tâm của giai đoạn thứ hai của dự án (được gọi là Punatsangchhu-I I hoặc ‘PHPA-I I) sẽ là một con đập cao 86 mét và rộng 213,5 mét trên đỉnh. Một loạt các đường hầm, trục tăng áp và áp lực và một nhà máy điện ngầm sẽ được xây dựng, kéo dài vài km từ vị trí đập.
Sự cố chết người:
Quá trình thi công đường hầm chính đã xảy ra sập mái hầm và hình thành 1 khoang rỗng phía trên khiến đường hầm bị chặn hoàn toàn. Điều này đã trì hoãn dự án trong 1,5 năm trong khi PHPA đã đánh giá rủi ro và xác định cách tiến hành.
Vấn đề là thiếu thông tin về khoang được hình thành do sự sụp đổ của các mảnh vỡ xuống đường hầm. Trước khi tiến hành thu dọn đống đổ nát, PHPA muốn khảo sát vị trí chính xác của khoang, đo chiều cao, chiều rộng và chiều dài của nó và xác định thể tích chung của không gian. Ngoài ra, các kỹ sư dự án hy vọng sẽ đạt được các chi tiết về sự ổn định cấu trúc của khu vực trống. Thông tin này sẽ hỗ trợ PHPA trong việc đánh giá rủi ro đào sâu vào đất và đá chặn đường hầm. Đã trải qua mất mạng trong lực lượng lao động, những người tham gia sợ một hang động và lở đất bổ sung sẽ xảy ra nếu tình huống được tiếp cận không chính xác.
Hình 1: Khối đất đá gây ra bởi sụt chặn đường hầm
Những thách thức được xác định:
PHPA đã thuê dịch vụ của công ty Ansari Precision Cụ Private Limited (APIPL), một phần của Tập đoàn ROTER, được thành lập từ năm 1936 tại Ấn Độ. Với trọng tâm cốt lõi là khảo sát đất đai, mỏ và mạng lưới thủy lợi, APIPL được biết đến với chuyên môn trong việc sử dụng các sản phẩm khảo sát và lập bản đồ công nghệ cao mới nhất. Công ty đã đánh giá các tùy chọn để khảo sát nội thất của hang sâu, không thể tiếp cận.
Một lỗ khoan sâu 152 m và đường kính 205mm (đường kính to nhất với các thiết bị mà APIPL có) đã được triển khai từ bên ngoài tới khoang và cung cấp một số thông tin chi tiết cho PHPA. Một số thách thức đã được xác định:
- Khoang quá sâu để sử dụng radar xuyên đất.
- Lỗ khoan quá hẹp để máy quét laser thông thường hoặc máy ảnh được hạ xuống khoang.
- Lỗ khoan đã không được khoan hoàn toàn thẳng, khiến cho việc hạ bất kỳ thiết bị nào trở nên khó khăn.
- Có bằng chứng cho thấy phần bên trong lỗ khoan không cố kết, làm tăng đáng kể khả năng một thiết bị có thể bị mắc kẹt một khi hạ xuống.
Hình 2: Sơ đồ chỉ ra vị trí lỗ khoan, hang tạo bởi sụt lún
Kế hoạch lập mô hình 3D:
APIPL nhận ra rằng một giải pháp khả thi để khảo sát chính xác không gian là sử dụng hệ thống giám sát hang động (CMS) do Teledyne Optech (Canada) phát triển đặc biệt để quét hình dạng bên trong của các khu vực dưới lòng đất quá nguy hiểm hoặc khó tiếp cận. Máy quét laser, bao gồm một máy ảnh tích hợp và máy đo độ nghiêng ba trục tích hợp, nhanh chóng thu thập hàng ngàn điểm bên trong các mỏ, hang động và các tính năng khác để tạo ra các mô hình 3D tham chiếu và tính toán kích thước, hướng và khối lượng của chúng.
Một cách ngẫu nhiên, một bản nâng cấp của công cụ CMS, V500, vừa được giới thiệu tại thời điểm của dự án này với cấu hình mỏng hơn (130mm) sẽ dễ dàng nằm gọn trong lỗ khoan 205mm. Nhưng bất chấp sự phù hợp của máy quét 3D laser, các thách thức vẫn còn. Sự không chắc chắn liên quan đến các đường cong có thể có trong lỗ khoan và tính chất không cố kết của các thành bên trong khoang rỗng, khiến APIPL xác định lỗ khoan hiện tại là quá rủi ro. Một lỗ khoan thứ hai được khoan thẳng đứng vào buồng bên dưới, hết sức cẩn thận để giữ cho mũi khoan thẳng. Để phòng ngừa thêm, bên trong của lỗ được lót bằng vỏ thép. Những điều kiện này sẽ góp phần vào việc đưa vào và kéo CMS V500 an toàn.
Hình 3: Sơ đồ đầu dò và cơ cấu giữ thẳng VIP khi đưa CMS vào lỗ khoan
Chuẩn bị máy quét CMS-V500:
Các kỹ sư khảo sát đã lên một kế hoạch triển khai máy quét theo cách có thể thu thập dữ liệu mong muốn từ khoang trong khi vẫn đảm bảo thiết bị sẽ không bị mất. Mối quan tâm đầu tiên là độ sâu của khu vực mục tiêu. Ở độ sâu 150 mét, có thể quá sâu để truyền không dây dữ liệu quét và dữ liệu video lên bề mặt thông qua Wi-Fi. Truyền dữ liệu không dây thời gian thực là một tính năng quan trọng của CMS vì dây và cáp phải được giữ ở mức tối thiểu khi hoạt động trong môi trường dưới mặt đất, trong đó một vướng mắc có thể dẫn đến mất thiết bị. Mặc dù các kỹ sư không muốn có nguy cơ mất thiết bị, họ cũng không muốn mất khả năng dữ liệu có thể bị mất nếu Wi-Fi không hoạt động ở độ sâu như vậy.
Quyết định đã được đưa ra để thiết lập một sợi cáp quang tùy chỉnh từ thiết bị đến máy tính bảng trên bề mặt. Dữ liệu quét laser không chỉ được ghi lại và theo dõi trong thời gian thực, mà hình ảnh trực tiếp từ máy ảnh cũng sẽ hỗ trợ người vận hành đưa thiết bị xuống đúng cách. Như một biện pháp bảo vệ bổ sung, các nhà khảo sát đã chọn sử dụng bộ chèn dọc (VIP) được cung cấp với CMS bởi Optech. Cơ chế lò xo lá VIP sẽ giữ cho thiết bị ổn định và ở trung tâm ống khi nó được hạ xuống an toàn vào lỗ khoan.
Thu thập dữ liệu khảo sát:
Trước khi quét, các kỹ sư đã sử dụng CMS trong chế độ quét trên mặt đất đặt trên giá 3 chân để quét 3D đường hầm từ vị trí xảy ra lở đất cho tới cửa hầm, tổng chiều dài là 773,6199m với 5 lần quét. Việc này giúp xác định vị trí của khoang rỗng so với tổng thể cả đường hầm dưới lòng đất. Tại vị trí xảy ra sạt lở mái đường hầm rộng 18m, cao 31, 194m.
Hình 4: Hình ảnh hạ CMS xuống lỗ khoan thực hiện khảo sát
Nhóm khảo sát đã sử dụng một trạm total station để đo các điểm kiểm soát mặt đất cả bên ngoài và bên trong đường hầm để gắn dữ liệu quét 3D đã thu thập được vào hệ thống tọa độ dự án. Họ cũng khảo sát vị trí bề mặt của lỗ khoan. Các kỹ sư đã sử dụng dữ liệu này để tạo ra một mô hình 3D của đường hầm để kết hợp vào một mô hình địa hình hiện có của toàn bộ khu vực.
Quét laser 3D khoang rỗng:
Trước khi hạ CMS thì 1 thiết bị đo nghiêng được hạ xuống nhằm xác định hướng của lỗ khoan và vị trí lỗ khoan. Chiều sâu xác định được là 152m. Dữ liệu thu thập được sẽ được sử dụng đối chiếu với dữ liệu từ CMS.
Tiếp theo, hệ thống được gắn vào VIP để thực hiện quét laser 3D quan trọng. Khi thiết bị được hạ xuống bằng tời, CMS được trang bị camera đã chụp ảnh và quét độ phân giải thấp bên trong lỗ khoan, được truyền trong thời gian thực qua cáp quang lên bề mặt.
Các thành viên thực hiện đã kiểm tra hình ảnh trên máy tính bảng khi họ từ từ hướng thiết bị xuống một mét mỗi lần. Một dấu thời gian được thực hiện ở mỗi điểm mét để dữ liệu quét CMS có thể tương quan với các bản ghi dữ liệu vị trí của máy đo độ nghiêng.
Khi ở trong hang sâu ở độ sâu 152m, CMS đã được chuyển sang chế độ quét chất lượng cao, trong đó nó thu được hàng ngàn phép đo laser. Mỗi lần quét thu được một đám mây điểm với trường nhìn 360 x 320 độ trong không gian trống. Máy đo độ nghiêng theo dõi vị trí của máy quét trong mỗi lần quét và total station được gắn phía trên lỗ khoan đã khảo sát vị trí của VIP khi CMS được hạ xuống.
Hình 5: Mô hình 3D được tạo từ đám mây điểm đo được để xác định kích thước và thể tích của khoang
Tạo mô hình 3D:
Sau khi các thiết bị được đưa lên an toàn, phần mềm xử lý Optech CMS Desktop đã được sử dụng để loại bỏ nhiễu khỏi dữ liệu quét trước khi hợp nhất các bản quét vào đám mây điểm 3D đại diện cho toàn bộ khoang. Dữ liệu từ máy đo độ nghiêng và total station đã được sử dụng tham chiếu cho mỗi lần quét và sau đó định vị đám mây điểm cho hệ tọa độ của khu vực dự án.
Đúng như dự đoán, đám mây điểm cho thấy một khoang lớn với những bức tường nhấp nhô và hình dạng không xác định. CMS đã thực hiện hàng ngàn phép đo bên trong khoang và phần mềm xác định toàn bộ thể tích của nó. Dữ liệu tọa độ chính xác được xác định trong không gian trống trong mô hình 3D hiện có của dự án. Thông tin này đã cho các kỹ sư hiểu rõ hơn về các điều kiện trong khu vực xảy ra vụ sập và cho phép họ bắt đầu xây dựng kế hoạch tiếp tục thi công trong đường hầm chính.
Hình 6: Dữ liệu quét được thu thập bởi CMS tạo ra mô hình 3D
Link tham khảo sản phẩm trên website S.L.S Technology: https://slstech.com.vn/san-pham/cms-v500_thiet-bi-quet-laser-3d-trong-hang-dong-duong-ham-cong-trinh-ngam/
Link tham khảo case studytrên website của hãng Teledyne Opttech: http://info.teledyneoptech.com/acton/attachment/19958/f-02eb/1/-/-/-/-/CMS-Underground_3d_scanning_in_Bhutan.pdf