Tunnel Survey ด้วย Total Station: กรณีศึกษางานเจาะอุโมงค์ลอดถนน

งานเจาะอุโมงค์ลอดถนนในเขตเมืองที่มีอาคารหนาแน่นเป็นหนึ่งในงานที่ท้าทายที่สุดของวิศวกรสำรวจ ความคลาดเคลื่อนเชิงมุมเพียง 10 ฟิลิปดา (10″) เมื่อขุดทะลุระยะ 500 เมตร อาจทำให้แนวอุโมงค์เคลื่อนจากตำแหน่งที่ออกแบบไว้ถึง 24 มิลลิเมตร ซึ่งเกินค่ายอมรับที่ทั่วไปกำหนดไว้ ±20 มม. บทความนี้นำเสนอกรณีศึกษางานเจาะอุโมงค์ระบบสาธารณูปโภค ความยาว 420 เมตร เส้นผ่านศูนย์กลาง 1.8 เมตร โดยอ้างอิงกระบวนการตามมาตรฐาน ISO 17123-3 (Theodolite) และ ISO 17123-4 (EDM) เพื่อให้ผู้รับเหมาและช่างสำรวจรังวัดเห็นภาพการประยุกต์ใช้ Total Station จริงในสนาม

1. การวางหมุดควบคุมพื้นผิว (Surface Control Network)

ทฤษฎี: ก่อนเริ่มงานเจาะ ต้องสร้างโครงข่ายหมุดควบคุม (Control Network) อย่างน้อย 4-6 หมุดรอบปากอุโมงค์ทั้งสองฝั่ง เชื่อมโยงด้วย Closed Loop Traverse เพื่อให้สามารถตรวจสอบ Angular Misclosure และ Linear Misclosure ได้

Procedure ในกรณีศึกษา: ทีมวางหมุด BM1-BM6 บนแท่นคอนกรีตที่หล่อลึก 0.8 ม. ใต้ผิวดินเพื่อกันการเคลื่อนตัว ใช้ Total Station ความแม่นยำเชิงมุม 2″ วัดมุมแบบ Two-Face Measurement จำนวน 3 ชุด (3 Sets) ในแต่ละสถานี และวัดระยะด้วย EDM โดยตั้งค่า Atmospheric Correction (ppm) จากอุณหภูมิ 32°C ความดัน 1,010 hPa

Tolerance: Angular Misclosure ของ Closed Traverse ต้องไม่เกิน

c = K × √n

โดย K = 5″ ถึง 10″ (ตามชั้นงาน) และ n คือจำนวนสถานี ในกรณีศึกษา n = 6 สถานี K = 5″ → ค่ายอมรับสูงสุด ≈ 12″ ผลลัพธ์ที่วัดได้คือ 7″ ผ่านเกณฑ์

ข้อควรระวัง: หลีกเลี่ยงการตั้งหมุดใกล้แหล่งความร้อน เช่น ผิวถนนยางมะตอยที่อาจสร้าง Heat Shimmer ส่งผลให้การเล็งเป้าผิดเพี้ยน

2. การถ่ายแนวเข้าสู่ภายในอุโมงค์ (Wire/Plumb Transfer)

ทฤษฎี: เมื่อปากอุโมงค์ลึกหรือมีหลังคาปิด ไม่สามารถเล็งตรงจากภายนอกได้ ต้องใช้เทคนิค Plumb Transfer หรือ Co-planing เพื่อถ่ายค่าพิกัดและทิศทางลงไปยังสถานีภายในอุโมงค์

Procedure ในกรณีศึกษา: ใช้วิธี Forced Centering ผ่าน Tribrach Adapter เปลี่ยน Prism และกล้องระหว่างหมุดได้โดยไม่รื้อ Tripod ลดความผิดพลาดจากการตั้งศูนย์ จากนั้นใช้ Resection จากหมุดควบคุม 3 จุดที่มองเห็นจากปากอุโมงค์ เพื่อหาพิกัดสถานี Setup ภายในระยะ 30 ม. แรกของอุโมงค์

Spec: Resection ที่ดีต้องมีมุมตัดระหว่างเป้าหมาย ≥ 30° และ ≤ 150° เพื่อให้ Geometric Strength เพียงพอ ความคลาดเคลื่อนของพิกัด Resection ในกรณีศึกษาอยู่ที่ ±2.8 มม. ทั้งสองแกน

ข้อควรระวัง: ห้ามใช้หมุดที่อยู่ใน Tangent Line เดียวกันทั้ง 3 จุด เพราะจะทำให้เกิด Ill-conditioned Solution แก้สมการไม่ได้หรือได้ค่าที่ผิดเพี้ยน

3. การ Stake Out แนวกลางอุโมงค์ (Center Line)

ทฤษฎี: แนวกลางอุโมงค์ (Tunnel Axis) ถูกแบ่งเป็น Station ทุก 5-10 เมตร ใช้ Total Station ยิงระยะและมุมเพื่อกำหนดตำแหน่งจริงในสนาม ค่าความคลาดเคลื่อนสะสม (Cumulative Error) จะเพิ่มขึ้นตามระยะตามสูตร

σ_pos = √((σ_d)² + (d × σ_θ/ρ)²)

โดย σ_d คือความคลาดเคลื่อนระยะ, d คือระยะวัด, σ_θ คือความคลาดเคลื่อนเชิงมุม (วินาที), ρ = 206,265″ ต่อเรเดียน

Procedure: ที่สถานี 200 ม. ใช้ Total Station 2″ ระยะวัด 200 ม. σ_d = 2 มม. + 2 ppm จะได้ σ_pos ≈ √(2.4² + (200,000 × 2/206,265)²) ≈ 3.0 มม. ซึ่งอยู่ในเกณฑ์ยอมรับ ±5 มม. สำหรับงาน Tunnel ทั่วไป

Tolerance: ตามข้อกำหนด USACE EM 1110-1-1005 งานอุโมงค์ Class B ยอมรับความคลาดเคลื่อนแนวกลาง ±25 มม. ตลอดความยาวขุด

ข้อควรระวัง: ภายในอุโมงค์อากาศมีความชื้นสูงและอุณหภูมิแปรปรวนจากเครื่องจักร ต้องอัพเดทค่า ppm ทุก ๆ 2 ชั่วโมงเพื่อชดเชย Refraction

4. การถ่ายระดับสันอุโมงค์ (Invert Level Control)

ทฤษฎี: นอกจากแนวราบ ระดับท้องอุโมงค์ (Invert) มีความสำคัญต่อการระบายน้ำ ใช้ Total Station วัดมุม Zenith และระยะเอียง แล้วคำนวณค่าระดับด้วยสูตร

ΔH = D × cos(Z) + h_i − h_t + (1−k)/(2R) × D²

โดย D คือระยะเอียง, Z คือมุม Zenith, h_i ความสูงกล้อง, h_t ความสูงเป้า, k = 0.13 ค่า Refraction Coefficient, R รัศมีโลก 6,371 กม.

Procedure: ในกรณีศึกษา ทุกระยะ 25 ม. ถ่ายค่าระดับด้วย Prism บน Pole ระยะ ≤ 80 ม. เพื่อให้ Curvature & Refraction Correction น้อย (<0.5 มม.) เปรียบเทียบกับค่าออกแบบความลาด 0.3%

Spec: ตามแนวทาง FIG (International Federation of Surveyors) งาน Trigonometric Leveling ระยะใกล้กับกล้อง 1″-2″ ให้ความแม่นยำ ±3 มม./100 ม.

ข้อควรระวัง: ระวัง Vertical Index Error สะสม ตรวจสอบทุกเช้าด้วย Two-Face Measurement และปรับ Compensator ก่อนเริ่มงาน

5. การ As-Built ตรวจสอบหลังขุด

ทฤษฎี: หลังขุดทะลุ ต้องวัด As-Built เปรียบเทียบกับแบบ พิจารณา Over-break/Under-break เพื่อประเมินปริมาณคอนกรีตซับใน (Lining)

Procedure: ใช้ Reflectorless Total Station ยิงพื้นผิวอุโมงค์ทุก 1-2 เมตรตามเส้นรอบวง สร้าง Cross Section ตรวจสอบกับ Theoretical Profile ในกรณีศึกษา Over-break เฉลี่ย 38 มม. อยู่ในเกณฑ์ปกติ <50 มม.

Tolerance: ผู้ผลิตกล้องชั้นนำระบุ Reflectorless Range 500-1,000 ม. กับวัสดุสะท้อนแสงดี และ 200-300 ม. กับคอนกรีตเก่าหรือพื้นผิวสีเข้ม ความแม่นยำ ±2 มม. + 2 ppm

ข้อควรระวัง: ที่มุมตกกระทบ (Incidence Angle) > 70° ค่าระยะ Reflectorless อาจเบี่ยงได้ ควรเลื่อนตำแหน่งกล้องเพื่อให้ลำแสงตั้งฉากกับพื้นผิวมากที่สุด