Công nghệ 3D laser scanning vào trắc ngang đường hầm

Trong lĩnh vực xây dựng hạ tầng hiện đại, 3D laser scanning đã trở thành một trong những công nghệ không thể thiếu trong việc khảo sát, giám sát và đánh giá hiện trạng các công trình ngầm, đặc biệt là đường hầm. Khi áp dụng vào trắc ngang đường hầm, công nghệ này mang đến độ chính xác vượt trội, thời gian khảo sát nhanh chóng, khả năng số hóa dữ liệu ở mức độ chi tiết chưa từng có và công cụ hỗ trợ cho công tác như máy quét Scan laser Topcon GLS 2200. Việt Thanh Group sẽ hướng dẫn bạn về 3D laser scanning vào trắc ngang đường hầm.

Nguyên lý hoạt động của 3D laser scanning vào trắc ngang đường hầm

Trắc ngang đường hầm là quá trình đo đạc các mặt cắt vuông góc với trục đường hầm, giúp xác định hình dạng, diện tích, chiều cao và các biến dạng không mong muốn bên trong hầm. Đây là công đoạn then chốt trong các giai đoạn:

Thiết kế thi công hầm.
Kiểm tra độ chính xác trong quá trình đào hầm.
Đánh giá chất lượng sau khi thi công.
Theo dõi lún, võng, biến dạng trong quá trình sử dụng.

Quy trình cơ bản:

Lên kế hoạch khảo sát và xác định vị trí đặt máy quét

Trước khi tiến hành quét, kỹ sư khảo sát sẽ thực hiện công đoạn tiền kiểm tra hiện trạng địa hình bên trong đường hầm để lên kế hoạch cụ thể về các điểm đặt máy. Các vị trí này phải được lựa chọn sao cho:

Bảo đảm tầm quét phủ được toàn bộ bề mặt trong lòng hầm.
Hạn chế điểm mù và vùng khuất do các vật cản hoặc hình dáng cong phức tạp của hầm.
Tối ưu số lần di chuyển máy nhằm tiết kiệm thời gian thi công.

Tiến hành quét laser tại từng vị trí

Máy quét laser 3D được đặt cố định tại mỗi điểm đã định vị trước, sau đó tiến hành quét 360 độ. Trong quá trình quét:

Thiết bị phát ra hàng triệu tia laser với tần số cực cao và thu lại tín hiệu phản xạ từ bề mặt hầm.
Mỗi điểm phản xạ sẽ được máy tính định vị theo tọa độ không gian XYZ (X: chiều ngang, Y: chiều dọc, Z: độ cao).
Dữ liệu này được lưu dưới dạng đám mây điểm (point cloud), phản ánh chính xác từng chi tiết như bề mặt bê tông, khe nứt, lồi lõm, cốt thép lộ ra…

Nếu cần, máy có thể chụp ảnh màu đồng bộ để giúp trực quan hóa dữ liệu quét trong phần mềm xử lý.

Xử lý dữ liệu từ các lần quét

Sau khi hoàn tất quá trình quét ở toàn bộ các vị trí, dữ liệu đám mây điểm từ các lần quét sẽ được:

Gộp và căn chỉnh (registration) về cùng một hệ tọa độ không gian, tạo thành một mô hình hoàn chỉnh xuyên suốt dọc theo đường hầm.
Sử dụng phần mềm chuyên dụng như Cyclone (Leica), Trimble RealWorks, Faro Scene, ReCap Pro để lọc nhiễu, làm sạch dữ liệu, nhận dạng bề mặt và các cấu trúc cần thiết.

Trích xuất mặt cắt ngang và mô hình 3D

Từ đám mây điểm đã được xử lý, kỹ sư có thể:

Trích xuất các mặt cắt ngang theo các vị trí định sẵn, thường là mỗi 2m, 5m hoặc 10m tùy yêu cầu kỹ thuật.
So sánh với thiết kế lý thuyết để đánh giá sai lệch, độ lồi lõm, biến dạng so với thiết kế ban đầu.
Dựng lại mô hình 3D đường hầm dưới dạng lưới (mesh) hoặc mô hình thể tích để phục vụ công tác thiết kế, quản lý, gia cố hoặc cải tạo sau này.
Kết xuất dữ liệu sang các định dạng phổ biến như: *.dwg, *.dxf, *.rcs, *.las… để sử dụng trong phần mềm CAD hoặc phần mềm BIM.

>>>Xem thêm: Ứng dụng Scan trong lĩnh vực xây dựng hiện nay

Ưu điểm nổi bật khi áp dụng 3D laser scanning vào trắc ngang đường hầm

Độ chính xác cao, sai số nhỏ

Khả năng đo đến từng milimet, giúp phát hiện nhanh các biến dạng nhỏ, lún võng hoặc nứt gãy bên trong hầm.

Tốc độ đo đạc nhanh

Chỉ trong vài phút, máy có thể quét toàn bộ mặt cắt ngang với hàng triệu điểm dữ liệu – nhanh hơn gấp nhiều lần so với đo truyền thống.

Không cần tiếp xúc bề mặt

Máy hoạt động từ xa nên đảm bảo an toàn tuyệt đối, đặc biệt trong những đường hầm đang thi công, chưa ổn định hoặc có điều kiện thông gió kém.

Tự động hóa – dữ liệu số hóa

Kết quả đo được xuất dưới dạng số liệu 3D (point cloud) có thể tích hợp trực tiếp với phần mềm thiết kế như AutoCAD Civil 3D, Revit, hoặc BIM để phục vụ thiết kế, kiểm tra và quản lý công trình.

Theo dõi biến dạng theo thời gian thực

Có thể so sánh dữ liệu các đợt khảo sát khác nhau để phát hiện sự dịch chuyển, sụt lún hoặc hư hỏng theo thời gian.

>>>Xem thêm: Công nghệ scan 3D laser trong thi công: Giải pháp hiệu quả trong xây dựng hiện đại

Ứng dụng cụ thể của 3D laser scanning vào trắc ngang đường hầm

Thi công hầm metro, hầm giao thông

Trong quá trình thi công các công trình hầm giao thông như hầm metro, hầm đường bộ, công nghệ quét laser 3D giúp giám sát tiến độ thi công theo thời gian thực, nhờ khả năng thu thập dữ liệu chính xác và toàn diện sau mỗi ca làm việc. Các kỹ sư có thể:

Đo đạc khối lượng đất đá đã được đào bỏ hoặc thi công để so sánh với kế hoạch ban đầu.
Phân tích độ lệch giữa bản thiết kế và thực tế, từ đó đưa ra điều chỉnh sớm, tránh sai sót tích tụ.
Kiểm soát hình học tổng thể của hầm (độ tròn, độ cong, trục tim hầm…) giúp đảm bảo hầm được thi công đúng chuẩn kỹ thuật, đặc biệt trong các đoạn hầm cong hoặc nối hầm từ hai hướng.

Hầm thoát nước và hạ tầng kỹ thuật đô thị

Trong hạ tầng kỹ thuật ngầm như hầm thoát nước, hệ thống cáp ngầm, ống dẫn kỹ thuật, việc quét 3D định kỳ giúp:

Phân tích mức độ chính xác và hiệu quả của hệ thống chống thấm, bằng cách phát hiện các vết rạn, vết nứt hoặc sự ăn mòn bề mặt.
Theo dõi tình trạng bề mặt lòng hầm sau các đợt mưa lớn hay ngập úng, xác định vị trí tích tụ bùn đất, nước thải gây cản trở dòng chảy.
Lập hồ sơ số hóa phục vụ cho việc quy hoạch nâng cấp, bảo trì hoặc tích hợp hệ thống ngầm mới mà không cần phải tháo dỡ kết cấu hiện hữu.

Hầm thủy điện, hầm dẫn nước

Trong lĩnh vực thủy lợi và năng lượng như hầm dẫn nước, hầm áp lực của nhà máy thủy điện, độ an toàn kết cấu là yếu tố sống còn. Quét laser 3D được ứng dụng để:

Đánh giá chất lượng lớp bê tông phun hoặc bê tông đúc, đảm bảo độ bám dính và độ phẳng đồng đều của bề mặt.
Xác định độ dày thực tế của lớp vật liệu chống thấm, đặc biệt tại các vị trí nối, điểm uốn cong – nơi dễ phát sinh lỗi kỹ thuật.
Phát hiện các điểm yếu trong kết cấu, như chỗ có lỗ rỗng, bong tróc bề mặt, vết nứt ngầm – những yếu tố có thể dẫn đến thấm nước hoặc thậm chí vỡ kết cấu nếu không được xử lý kịp thời.

Khảo sát, kiểm định hầm cũ

Với các hầm đã được xây dựng từ lâu như hầm giao thông cũ, hầm kỹ thuật hoặc hầm trú ẩn, công nghệ quét laser 3D là giải pháp tối ưu để:

Lập bản đồ hiện trạng chi tiết và số hóa toàn bộ công trình, phục vụ các bước kiểm định, đánh giá và quản lý hệ thống hầm một cách trực quan và khoa học.
Phát hiện các vị trí có dấu hiệu hư hỏng, ăn mòn, hoặc đã xuống cấp theo thời gian – từ đó lên kế hoạch sửa chữa, gia cố phù hợp.
Tạo cơ sở dữ liệu số để phục vụ công tác nâng cấp, cải tạo hoặc chuyển đổi công năng, đồng thời cung cấp bằng chứng kỹ thuật rõ ràng trong các dự án cải tạo đô thị hoặc mở rộng hạ tầng.

Việc ứng dụng 3D laser scanning vào trắc ngang đường hầm không chỉ giúp nâng cao chất lượng khảo sát mà còn tối ưu toàn bộ quy trình thi công và bảo trì công trình ngầm. Đây là bước tiến không thể thiếu trong kỷ nguyên số hóa ngành xây dựng, mang lại lợi ích vượt trội về độ chính xác, hiệu quả và an toàn.

Việt Thanh Group cung cấp dịch vụ quét 3D Laser Scan giúp ghi lại hình ảnh và thông tin chi tiết về các công trình, địa hình và các đối tượng với độ chính xác cao. Dịch vụ quét 3D Laser Scan của Việt Thanh Group sử dụng công nghệ tiên tiến, cho phép tạo ra mô hình 3D chính xác từ dữ liệu đám mây điểm (point cloud), giúp khách hàng nắm bắt và quản lý thông tin công trình một cách dễ dàng.