Giám sát thi công hầm bằng máy toàn đạc điện tử
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.
2. Phương pháp đo đạc bằng kỹ thuật TLS
2.1. Giới thiệu tổng quan
Quét laser 3 chiều mặt đất TLS (Terrestrial Laser Scanning) cho phép chúng ta tạo ra một tập hợp siêu lớn các điểm đo 3D để từ đó thực hiện các phép đo đạc trực tiếp trên tập hợp số liệu này. Tập hợp số liệu 3D này có tên gọi “đám mây điểm’ (“point cloud”), quá trình thiết bị TLS tạo ra đám mây điểm được thực hiện hoàn toàn tự động trong khoảng thời gian rất nhanh (chỉ vài phút đồng hồ). Nếu xem xét về tính thực tiễn và so sánh với các phương pháp đo đạc truyền thống, phương pháp quét laser 3D cung cấp cho chúng ta một tập hợp số liệu có mức độ chi tiết cao hơn rất nhiều, tăng tốc độ thu và giảm tối đa thời gian triển khai trên thực địa đồng thời có khả năng tạo ra các mô hình 3D hoàn chỉnh, hình ảnh toàn cảnh về các đối tượng trên thực địa và khả năng hiển thị tối ưu thông qua các bước xử lý và các công cụ mô hình hóa của phần mềm thế hệ mới. Tương tự như vậy, nếu so sánh với các kỹ thuật đo vẽ ảnh thì kỹ thuật quét laser 3D vẫn chiếm ưu thế đặc biệt đối với các đối tượng phức tạp hình dạng không đồng nhất, bề mặt có sự phân dị lớn trong những khu vực nhỏ.
Phụ thuộc vào cách thức sử dụng trong thực tiễn, thiết bị TLS có thể hoạt động hoặc từ một vị trí cố định (lắp đặt máy trên giá ba chân) hoặc trên một bộ gá lắp cơ động (sau đó gắn lên các phương tiện di chuyển). Trong trường hợp thứ nhất, thiết bị TLS thường sẽ được sử dụng để tạo ra các bản đồ cực kỳ chi tiết về các đối tượng trong thực tiễn nằm quanh khu vực hiệu quả của tia laser do thiết bị TLS phát ra (quanh điểm đặt máy quét). Trong trường hợp thứ hai ở chế độ quét di động, kỹ thuật quét laser thường được sử dụng phục vụ cho công tác đo đạc xác lập bản đồ hành lang cho các đối tượng dạng tuyến, kiểm tra và thống kê đối tượng (như hệ thống biển báo, hộ lan trên các tuyến đường cao tốc). Nguyên lý làm việc của các thiết bị TLS trong phương pháp đo cố định dựa trên các phép đo lặp khoảng cách nghiêng tới đối tượng được tạo ra bởi bộ đo khoảng cách điện tử EDM (Electronic Distance Measurement) ở những góc đã biết được xác định bằng các mặt phẳng ngang và đứng gửi đi từ bộ cảm biến EDM. Kết quả của quá trình xử lý phức tạp này là hệ tọa độ cực dạng thể cầu trong đó thể hiện vị trí tọa độ của các điểm đo nằm trong khu vực quan sát và có hiệu quả của thiết bị nhưng trong hệ tọa độ địa phương (hệ tọa độ địa hình trung tâm). Ngược lại, trong trường hợp quét laser động thì thiết bị quét lại thay đổi vị trí liên tục trong quá trình di chuyển thu thập số liệu, theo đó đám mây điểm 3D lại được tạo ra từ các phép đo khoảng cách, phép đo góc và chuyển dịch vị trí của máy quét TLS. Hình dưới đây cho chúng ta thấy rõ hơn các nguyên lý làm việc của cả hai trường hợp quét cố định và di động nêu trên.
Nguyên lý làm việc của máy quét TLS cố định (a) và di động (b)
Nguyên lý hoạt động của thiết bị quét laser TLS cũng tương tự như các máy toàn đạc điện tử tự động hoàn toàn thế hệ mới (Robotic Total Station). Tuy nhiên, thiết bị TLS không được trang bị ống ngắm quang học như trên toàn đạc, theo đó chúng không có khả năng đo các điểm cụ thể trên bề mặt (ngoại trừ dòng máy TLS của hãng Leica). Mặt khác, hợp phần đo trên các máy quét laser được xác lập để thực hiện các phép đo khoảng cách và góc với các khoảng góc định trước và vùng quan sát cụ thể ở tại một khu vực. Hoạt động này được thực thi bởi việc gia tăng đều một chỉ số góc cố định, kích thước của góc được xác định bởi người sử dụng. Hơn thế nữa trên tọa độ cực 3D, các máy quét laser đều có khả năng đo xác định mật độ phản xạ của các mục tiêu trong khu vực quan sát. Mật độ phản xạ (hay có thể gọi theo cách khác là cường độ phản hồi của tia laser) chịu ảnh hưởng lớn nhất bởi cấu trúc vật liệu bề mặt đối tượng, góc tiếp cận của tia laser và khoảng cách giữa máy quét và các đối tượng đo.
Thông tin này là hợp phần tối quan trọng trong rất nhiều ứng dụng thực tiễn, bởi với một số phần mềm phân tích cao cấp có thể sử dụng thông tin này để nội suy các đặc điểm vật lý bề mặt của đối tượng (ví dụ như độ cứng, mức độ lồi lõm hay dạng vật liệu cấu thành). Ngoài ra hầu hết các máy quét laser 3D đều được trang bị máy chụp ảnh CCD, vị trí được xác định một cách chính xác nhờ hợp phần tâm điện tử quang học của máy quét đã được kiểm tra định chuẩn từ nhà sản xuất. Ở những ngày đầu tiên của kỹ thuật quét laser 3D, máy chụp ảnh CCD của các thiết bị TLS chỉ được sử dụng phục vụ cho mục đích vẽ ghi sơ họa cho phép người sử dụng có thể xác định chính xác các đối tượng nằm trong vùng quan sát của máy quét. Nhưng hiện tại, thiết bị chụp ảnh CCD lắp trong máy quét có độ phân giải cao hơn và có khả năng chụp các bức ảnh toàn cảnh 3600 toàn bộ khu vực quét vừa để xác định đối tượng, ghi nhận hiện trạng đồng thời màu hóa đám mây điểm sau khi quét.
2.2. Phân loại và các nguyên lý hoạt động của phương pháp quét TLS cố định
Các hệ thống quét TLS cố định có thể được phân loại theo nhiều cách. Nếu dựa vào các chỉ tiêu kỹ thuật do nhà sản xuất công bố chúng ta có thể phân chia máy quét laser 3D theo khoảng cách quét. Nếu tiếp cận dựa trên các nguyên lý đo, chúng ta có thể phân các hệ thống quét TLS cố định thành ba nhóm bao gồm: tam giác đạc (triangulation), giao thoa (interferometry) và thời gian di chuyển (time-of-flight). Nhóm thứ nhất có nguyên lý hoạt động dựa cơ bản vào phương pháp tam giác đạc quang học (optical triangulation); theo đó, một nguồn phát sáng (ví dụ một điểm laser đơn hoặc trùm laser) quét lên bề mặt đối tượng trong khi đó phản xạ của tia laser được ghi nhận bởi một hoặc nhiều máy ảnh CCD. Các kết quả khoảng cách chính là hàm của góc nghiêng CCD và đường cơ sở xác định giữa máy ảnh CCD và bộ cảm biến laser. Các máy quét hoạt động theo nguyên lý này chỉ đạt được độ chính xác cao trong khoảng cách một vài mét vì thế những máy quét laser dạng này chỉ được sử dụng trong các ứng dụng kỹ thuật công nghiệp chứ không sử dụng cho mục đích đo đạc thực địa. Nhóm máy quét thứ hai được xây dựng trên nguyên lý giao thoa (interferometric principle), sóng điện từ được tách ra thành hai chùm để tạo ra vùng giao thoa hai tia, nếu sử dụng các phương pháp phân tích phù hợp, chúng ta có thể sử dụng nguyên lý này để đo khoảng cách. Tuy nhiên, kỹ thuật xây dựng máy quét này chỉ phù hợp để chế tạo các loại máy quét cự ly gần, có độ chính xác siêu cao (nhỏ hơn mm) sử dụng cho sao chép mẫu, thiết kế, kiểm tra chất lượng trong lĩnh vực cơ khí chính xác.
Trong thực tiễn hầu hết các hệ thống quét laser 3D TLS sử dụng trong các ứng dụng đo đạc đều được thiết kế trên nền tảng nguyên lý thời gian di chuyển (time-of-flight). Trong trường hợp này, hai nguyên tắc được sử dụng để đo khoảng cách trong các thiết bị TLS là: PULSED TIME-OF-FLIGHT (thời gian di chuyển trực tiếp) và PHASE DIFFERENCE TIME-OF-FLIGHT (thời gian di chuyển gián tiếp). Ở nguyên tắc thứ nhất, khoảng cách từ cảm biến trong thiết bị TLS tới đối tượng điểm được xác định bằng cách đo thời gian cần để tín hiệu laser di chuyển từ cảm biến tới bề mặt đối tượng và quay trở lại cảm biến. Như vậy các tọa độ trên hệ tọa độ cực 3D được tính toán sử dụng các kết quả đo khoảng cách kết hợp với trị số góc ngang và đứng đã được đăng ký khai báo sẵn trong thiết bị. Ngược lại, với nguyên tắc thứ hai các máy quét TLS được thiết kế dựa trên cơ sở pha (Phase-based Scanner) theo đó khoảng cách được xác định bằng sự khác biệt ghi nhận được giữa tín hiệu truyền đi và tín hiệu nhận lại từ các điểm mà máy quét qua. Kỹ thuật này thường được sử dụng cho các hệ thống laser có khả năng tạo liên tục thành chuỗi trùm tia laser, như vậy máy sẽ có khả năng nhận lại được một chuỗi các phép xác định khoảng cách thành công chứ không phải từng phép đơn lẻ.
Bảng dưới đây cung cấp các công thức toán học làm cơ sở để xây dựng nên hai nguyên lý thời gian di chuyển nêu trên.
Công thức toán học được sử dụng để tính khoảng cách đo (d) và
độ phân giải khoảng cách (Δd) trong hai nguyên lý đo tín hiệu (pulse-based)
và khác biệt pha (phase-difference) trong các máy quét laser 3D TLS.
Xét trên khía cạnh thực tiễn ứng dụng, việc lựa chọn chủng loại thiết bị TLS phụ thuộc vào yêu cầu ứng dụng cụ thể trong thực tiễn, chính những yêu cầu này sẽ giúp xác định rõ các chỉ tiêu kỹ thuật mà máy quét phải đạt được. Xét về tổng quan chúng ta có thể xem xét một số chỉ tiêu chung khi lựa chọn hệ thống TLS phù hợp, những chỉ tiêu cơ bản này bao gồm: Khoảng cách quét cực đại mà máy có thể vươn tới, tốc độ quét, độ phân giải quét và chất lượng của mỗi phép đo (bao gồm độ chính xác, khả năng đo lặp, độ chính xác trên toàn dải đo). Một thực tiễn chúng ta cần hết sức lưu ý khi lựa chọn máy quét laser 3D đó là các đặc tính làm việc của hệ thống phụ thuộc vào phương pháp đo khoảng cách sử dụng trong thiết bị TLS đó. Ví dụ các máy quét nguyên lý đo tín hiệu (pulse-based) có khả năng quét trên khoảng cách dài (trong hầu hết các trường hợp đều đạt dưới 2.000m); tuy nhiên những máy này lại có tốc độ quét chậm và độ chính xác thấp hơn so với các hệ thống máy dựa trên nguyên lý khác biệt pha (phase-difference).
Các hệ thống máy TLS dựa trên nguyên lý đo khoảng cách trên cơ sở khác biệt pha có tốc độ đo quét rất nhanh và đạt độ chính xác cao hơn, tuy nhiên chúng lại bị hạn chế về khoảng cách quét hiệu quả lại bị giới hạn (thường trong khoảng dưới 100m). Về tổng quan có thể kết luận rằng máy quét thiết kế dựa trên nguyên lý đo tín hiệu rất phù hợp cho các ứng dụng đo đạc trắc địa công trình và đo đạc địa hình, xây dựng mô hình 3D đô thị, khảo sát và xây dựng mô hình các khu công nghiệp và nhà máy lớn. Ngược lại các máy quét thiết kế dựa trên nguyên lý đo khác biệt pha lại phù hợp cho việc đo đạc thành lập bản đồ chi tiết khu vực, xây dựng mô hình các đối tượng kích thước nhỏ, dựng mô hình máy móc, thiết kế ngược, kiểm tra lắp ráp thiết bị và xây dựng hồ sơ lưu trữ di sản dưới dạng số.
3. Tiềm năng và những ứng dụng của kỹ thuật TLS trong các hoạt động xây dựng hầm
Các hoạt động kỹ thuật trắc địa công trình liên quan tới toàn bộ vòng đời của bất kỳ dự án xây dựng công trình hầm nào trên thế giới. Chúng ta có thể phân chia công tác trắc địa công trình thành bốn nhóm hạng mục cơ bản như sau: (a) xây dựng lưới khống chế trắc địa mặt bằng và độ cao khu vực triển khai dự án; (b) triển điểm và xác định tim hầm trong quá trình đào theo các trục; (c) đo đạc giám sát biến dạng bề mặt khu vực cũng như thân hầm trong suốt quá trình triển khai; (d) lập bản đồ chi tiết hành lang hầm phục vụ cho xây dựng hồ sơ trắc địa công trình, hỗ trợ phân tích địa chất và địa kỹ thuật cũng như thống kê quản lý tài sản trong quá trình triển khai xây dựng.
Các lưới khống chế trắc địa là yêu cầu bắt buộc đối với cả hai khu vực là trên bề mặt và dưới tầng đào sâu, tất cả các công tác đo đạc về sau đều phải dựa trên lưới khống chế trắc địa đã được hình thành ngay từ bước đầu này. Lưới khống chế mặt phẳng trên bề mặt đất thường được xây dựng dựa trên kỹ thuật đo định vị toàn cầu bằng vệ tinh GNSS, trong khi lưới khống chế độ cao được hình thành thông qua việc sử dụng các máy thủy chuẩn độ chính xác cao và các điểm khống chế độ cao cấp tương ứng. Kết quả của quá trình này sẽ cho chúng ta lưới khống chế trắc địa trên bề mặt đất có khả năng tăng dày theo yêu cầu để cung cấp khả năng khống chế cung cấp tọa độ cũng như theo dõi trong suốt quá trình đào và xây dựng hầm.
Để phục vụ cho mục đích này, các kỹ sư trắc địa có thể sử dụng các phương pháp đo đường truyền kín hoặc hở để dẫn tọa độ và độ cao tới tất cả mọi điểm thi công trong hầm bằng các phương pháp, kỹ thuật và thiết bị đo đạc truyền thống. Cũng tương tự như vậy, các kỹ thuật và thiết bị này cũng được sử dụng trong quá trình triển điểm, xác định vị trí phục vụ cho việc định vị và định hướng theo các trục trong quá trình đào hầm dựa vào các điểm khống chế mặt bằng và độ cao đã được thiết lập trong và ngoài lưới. Ngoài ra trong quá trình thi công hầm, các hệ thống khác cũng được tích hợp sử dụng như các thiết bị laser con quay, thủy chuẩn điện tử chuyên dụng thi công hầm nhằm duy trì liên tục, ổn định và chính xác hướng hầm trong quá trình đào theo các trục thiết kế. Thực tế các máy quét laser 3D mặt đất không phù hợp để sử dụng trong giai đoạn này như đo đạc khống chế lưới, triển điểm thi công theo thiết kế. Mặc dù vậy, tới thời điểm hiện tại một số mẫu máy quét thế hệ mới nhất đã tích hợp thêm các chức năng triển điểm cơ bản, đặc biệt là các máy quét do Leica Geosystems thiết kế trong đó người sử dụng có thể tìm thấy những kỹ thuật và nguyên lý cơ bản trong đo đạc khống chế trắc địa và triển điểm khi thi công trong phần mềm điều khiển của những máy quét này.
Liên quan tới các hoạt động đo đạc xác định các yếu tố hình học của hầm theo thiết kế và thi công thực tiễn, kỹ thuật TLS đã được chứng minh là công cụ lập bản đồ và kiểm soát chất lượng rất mạnh nếu được kết hợp một cách hài hòa và chính xác với lưới khống chế trắc địa công trình đã được thành lập. Ngay ở giai đoạn đào hầm, những nhiệm vụ triển khai cụ thể như kiểm soát mặt cắt ngang hầm đã đào, xác định các chỉ số đào chưa tới và đào quá sâu so với mặt hầm thiết kế lý tưởng, xác định hiện trạng vách hầm sau khi nổ vào đào, hiển thị hình dạng hầm ngay sau khi đào. Kỹ thuật TLS cũng được sử dụng một cách hiệu quả trong suốt quá trình kiểm tra mặt cắt ngang, tính toán thể tích, xác định độ dày lớp bê tông phun lót vách hầm … Ngay cả trong các bước cuối cùng của quá trình hoàn thiện hầm, kỹ thuật quét laser 3D mặt đất vẫn đóng góp phần quan trọng trong việc tạo ra mô hình tổng thể hầm gắn kết trực tiếp với tài liệu hoàn công để phục vụ một cách có hiệu quả trong quá trình vận hành sử dụng cũng như duy tu bảo dưỡng công trình. Ngoài ra việc thống kê và quản lý các tài sản có liên quan tới công trình hầm cũng đặc biệt hữu hiệu với sự góp mặt của các tập hợp số liệu do TLS tạo ra.