Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả phương pháp quan trắc chuyển dịch ngang các tuyến đập vòm

mức độ chuyển dịch biến dạng, nghiên cứu tìm nguyên nhân gây ra chuyển dịch biến dạng, từ đó có biện pháp xử lý, đề phòng các tai biến có thể xảy ra trong quá trình xây dựng và sử dụng c

-  -

NGUYÔN H÷U LONG

Nghiªn cøu GI¶I PH¸P N¢NG CAO HIÖU QU¶ PH¦¥NG PH¸P QUAN TR¾C CHUYÓN DÞCH NGANG

C¸C TUYÕN §ËP VßM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hµ néi - 2018

-  -

NGUYÔN H÷U LONG

Nghiªn cøu GI¶I PH¸P N¢NG CAO HIÖU QU¶ PH¦¥NG PH¸P QUAN TR¾C CHUYÓN DÞCH NGANG

Hµ néi - 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Người cam đoan:

Nguyễn Hữu Long

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan 1

Mục lục 2

Danh mục các bảng 4

Danh mục các hình vẽ 5

MỞ ĐẦU 7

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN 10

1.1 Đặc điểm kết cấu và yêu cầu quan trắc biến dạng công trình thủy điện 10

1.2 Mục đích, nhiệm vụ và yêu cầu độ chính xác quan trắc biến dạng công trình thủy điện 14

1.3 Lưới khống chế và các loại mốc dùng trong quan trắc chuyển dịch ngang đập thủy điện 18

1.4 Tiêu chuẩn ổn định của các mốc cơ sở trong quan trắc chuyển dịch ngang tuyến đập 23

Chương 2 –PHƯƠNG PHÁP TRẮC ĐỊA QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG TUYẾN ĐẬP THỦY ĐIỆN 26

2.1 Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp hướng chuẩn 26

2.2 Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp đo góc – cạnh 36

2.3 Quan trắc chuyển dịch ngang bằng công nghệ GPS 41

Chương 3 – THIẾT KẾ LƯỚI KHỐNG CHẾ TRONG QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG CÁC TUYẾN ĐẬP VÒM 46

3.1 Nguyên tắc chung thiết kế và ước tính độ chính xác lưới quan trắc chuyển dịch ngang công trình 46

3.2 Sử dụng Elipse sai số trong nghiên cứu độ chính xác lưới quan trắc biến dạng 49

3.3 Khảo sát phương pháp giao hội trong quan trắc chuyển dịch ngang

các tuyến đập vòm 54

Chương 4 – XỬ LÝ LƯỚI KHỐNG CHẾ TRONG QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG CÁC TUYẾN ĐẬP VÒM 58

4.1 Lựa chọn phương pháp xử lý lưới khống chế 58

4.2 Phương pháp bình sai gián tiếp kèm điều kiện và ứng dụng để xử lý số liệu lưới quan trắc tuyến đập 59

4.3 Thực nghiệm xử lý lưới cơ sở quan trắc tuyến đập 62

KẾT LUẬN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

PHỤ LỤC 1 71

PHỤ LỤC 2 75

PHỤ LỤC 3 79

PHỤ LỤC 4 84

PHỤ LỤC 5 89

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

T.T Tên hình vẽ Nội dung Trang

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình nói chung và quan trắc chuyển dịch ngang công trình là một nhiệm vụ quan trọng và đặc thù của công tác trắc địa công trình Hiện nay trong thực tế, nhiều công trình đập thủy điện của Việt Nam đã và đang được xây dựng với nhiều hình thức đập khác nhau phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của địa hình và điều kiện kỹ thuật của công trình Tuy nhiên, hình thức đập chủ yếu là đập dạng thẳng và đập dạng vòm Trong quan trắc, tùy theo hình thức đập mà phương pháp và nội dung công tác trắc địa cũng có thể khác nhau sao cho vừa đảm bảo hiệu quả đo dạc, vừa đáp được độ chính xác công tác quan trắc Đối với các đập dạng vòm, phương pháp quan trắc tốt nhất là phương pháp giao hội, với nhiều phương án giao hội khác nhau Trong thực tế quan trắc đập thủy điện ở Việt Nam, người

ta chưa quan tâm nhiều đến phương án quan trắc, dẫn đến hiệu quả quan trắc

của giao hội không cao Vì vậy, Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả

phương pháp quan trắc chuyển dịch ngang các tuyến đập vòm là rất cần thiết

2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả phương pháp quan trắc chuyển dịch ngang các tuyến đập vòm bằng phương pháp đo mặt đất theo phương thức quan trắc theo chu kỳ

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng: Nghiên cứu các giải pháp thiết kế và thành lập mạng lưới

khống chế quan trắc chuyển dịch ngang công trình bằng phương pháp đo mặt đất theo phương thức quan trắc theo chu kỳ

Phạm vi: Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả phương pháp quan

trắc chuyển dịch ngang các tuyến đập vòm

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài

-Nghiên cứu các phương pháp trắc địa trong quan trắc chuyển dịch ngang các công trình kỹ thuật trong điều kiện Việt Nam

- Thiết kế lưới khống chế trong quan trắc chuyển dịch ngang các tuyến đập vòm

- Xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang các tuyến đập vòm

- Tính toán thực nghiệm

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thống kê: Tìm kiếm, thu thập tài liệu và cập nhật các

thông tin trên mạng Internet và các thư viện

- Phương pháp phân tích: Nghiên cứu lý thuyết quan trắc biến dạng

công trình, phân tích và so sánh các phương pháp được áp dụng trong thực tế

- Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành các thực nghiệm để kiểm chứng

lý thuyết và khẳng định các kết luận của đề tài

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Góp phần làm sáng tỏ một số vấn đề lý luận về quan trắc chuyển dịch ngang các tuyến đập vòm

- Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm tài liệu tham khảo tốt cho các tổ chức và cá nhân có quan tâm đến công tác quan trắc chuyển dịch ngang công trình xây dựng ở nước ta

7 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và Tài liệu tham khảo, Luận văn bao gồm 4 chương, được trình bày trong 85 trang với 11 hình và 17 bảng:

Chương 1 - Tổng quan về quan trắc biến dạng công trình thủy điện

Chương 2 - Phương pháp trắc địa quan trắc chuyển dịch ngang tuyến đập thủy

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Người hướng dẫn khoa học đã tận tình hướng dẫn, xin cảm ơn các thầy, cô trong Bộ môn Trắc địa công trình khoa Trắc địa-Bản đồ và QLĐĐ đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH

THỦY ĐIỆN

1.1 ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ YÊU CẦU QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN

1.1.1 Đặc điểm kết cấu công trình thủy điện

Công trình thuỷ điện là loại công trình làm việc trong môi trường nước, chịu tác dụng của các loại lực do nước gây nên như lực thuỷ tĩnh, thuỷ động,

áp lực cột sóng, áp lực thấm, áp lực đẩy nổi Ngoài ra nó còn chịu tác dụng của các loại lực khác như áp lực gió, áp lực đất, áp lực do động đá, áp lực do bùn cát…

Công trình thuỷ điện được xây dựng để sử dụng tài nguyên thuỷ năng

và nguồn dự trữ nước vào việc cung cấp điện năng cho đất nước và góp phần điều hoà nguồn nước cho một vùng rộng lớn, ngoài ra còn phục vụ cho việc

du lịch, bảo tồn sinh thái, điều hòa khí hậu cho một khu vực lãnh thổ Do vậy, các công trình thuỷ điện thường thuộc loại công trình trọng điểm của quốc gia Có số vốn đầu tư lớn, thời gian chuẩn bị và thi công kéo dài nhiều năm với rất nhiều hạng mục kết cấu phức tạp, đa dạng cần phải có sự tham gia của nhiều ngành khoa học kỹ thuật với trình độ cao

Công trình thuỷ điện có ảnh hưởng trực tiếp đến nền kinh tế xã hội và môi trường của cả vùng và cả nước Thật vậy, việc xây dựng các bậc thang thuỷ điện đầu mối trên sông và sự hình thành các hồ chứa nước lớn đã phá vỡ dòng chảy, dẫn tới hàng loạt các biến đổi lớn đối với môi trường tự nhiên Do tính đặc thù của công trình thuỷ điện thường được xây dựng ở các sông suối miền núi nên việc nghiên cứu các báo cáo kinh tế, kỹ thuật cần phải được tiến hành công khai và theo đúng các trình tự để tránh các sai sót Công trình thuỷ

điện ngoài chức năng phát điện còn có thể kết hợp với việc điều tiết nước và

xả lũ cho vùng thượng lưu và hạ lưu

Cấu trúc của công trình thuỷ điện cơ bản có các hạng mục chính là hồ chứa nước, các công trình chính và các công trình phụ trợ [1]

1.1.1.1 Hồ chứa nước

Hồ chứa nước được hình thành do việc ngăn sông đắp đập, lượng nước này nhằm để phục vụ cho nhà máy thuỷ điện Các thông số của hồ chứa bao gồm: diện tích lưu vực, dung tích hồ, mức nước dâng bình thường, mức nước chết, mức nước gia cường Hồ chứa nước gây ngập, ảnh hưởng đến môi trường trong khu vực, vì vậy các cơ quan thiết kế phải đưa ra nhiều phương

án mức nước dâng khác nhau để so sánh, lựa chọn với nhau nhằm giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực của hồ chứa nước tới môi trường và đảm bảo an toàn cho vùng hạ lưu Khi thiết kế hồ phải giải quyết những nhiệm vụ cơ bản sau:

- Xác định biên giới ngập nước của hồ chứa ứng với độ cao mực nước thiết kế Xác định biên giới lòng hồ và thể tích hồ chứa, tính toán tổn thất ngập lụt

- Đề xuất bản thiết kế phòng ngập cho các thành phố, các điểm dân cư,

xí nghiệp công nghiệp, những vùng đất canh tác có giá trị cũng như bản thiết

kế các công tác gia cố bờ hồ

Hình 1.1- Hồ chứa công trình thủy điện

1.1.1.2 Công trình chính

Đây là hạng mục quan trọng nhất của nhà máy thuỷ điện, đòi hỏi tính kinh tế, kỹ thuật cao nhất Công trình chính gồm tổ hợp các hạng mục quan trọng là:

1 Cụm công trình đầu mối gồm đập dâng tạo hồ và đập tràn

- Đập đất đá: là một loại đập được cấu tạo bằng đất đá mà không cần chất kết dính, là một trong những loại công trình dâng nước kinh tế nhất khi xây dựng ở những vùng có sẵn đá, giao thông không thuận lợi

- Đập bê tông: bao gồm bê tông đầm lăn, bê tông bản mặt và bê tông trọng lực Đập bê tông trọng lực là loại đập mà sự ổn định chủ yếu dựa vào trọng lượng bản thân của nó Ưu điểm của đập bê tông trọng lực là có tính bền vững lớn, có thể sử dụng kết hợp với đập tràn và nhà máy thuỷ điện Nhược điểm của đập bê tông trọng lực là chỉ sử dụng được khi có đủ chất liệu chế tạo

bê tông, đòi hỏi nhiều nguyên vật liệu, yêu cầu về nền móng cao Hiện nay trong xây dựng đập bê tông trọng lực người ta đã sử dụng loại bê tông RCC vừa có hiệu quả kinh tế cao, vừa đẩy nhanh tiến độ thi công

Hình 1.2- Đập dâng và đập tràn thủy điện b) Đập tràn

Đập tràn gồm có đập tràn tự do và đập tràn có điều khiển đóng mở bằng cáp hay thuỷ lực Thường thì người ta xây dựng các đập bê tông dạng vòm uốn công làm việc như một hệ thống vòm cuốn đàn hồi tựa trên các bờ cứng Ngoài ra có thể là dạng đập bê tông dạng thẳng và một số dạng đập khác…

2 Nhà máy

Về kiểu nhà máy thuỷ điện, thông thường có hai loại nhà máy thuỷ điện

đó là nhà máy thuỷ điện kiểu sau đập, nhà máy thuỷ điện kiểu đường dẫn (có

áp và không áp)

3 Các công trình tuyến năng lượng (Kênh dẫn, đường hầm dẫn nước)

Mục đích của các công trình này là dẫn nước từ hồ chứa đến nhà máy, thông thường thì kết cấu của hệ thống công trình tuyến năng lượng được thi công bằng bê tông, riêng tuyến áp lực kết cấu là thép và được bao bọc bằng bê tông

Hình 1.3- Đường ống áp lực và nhà máy thuỷ điện

Công suất của nhà máy điện và sản lượng điện năng phụ thuộc vào độ cao cột nước và lưu lượng dòng chảy, khối lượng dòng chảy Các công trình này khó thiết kế, khó thi công nhất và phải sử dụng các thiết bị thi công đắt tiền Các thiết bị lắp đặt như ống thép chịu áp lực cao, các tổ máy phát điện hiện nay phải nhập của các hãng chế tạo nước ngoài

1.1.1.3 Công trình phụ trợ

Hạng mục này gồm có hai nhóm công trình chủ yếu sau:

- Các công trình phục vụ cho thi công và vận hành như: hệ thống điện,

hệ thống nước, nhà xưởng, kho vật tư thiết bị, bãi để chuyển nguyên vật liệu cùng các công trình khác như giao thông, thông tin liên lạc

- Các công trình phục vụ cho làm việc và sinh hoạt của cán bộ công nhân viên như: nhà quản lý vận hành, văn phòng, nhà ở và nhà văn hoá 1.2 MỤC ĐÍCH, NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU ĐỘ CHÍNH XÁC QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN

1.2.1 Mục đích, nhiệm vụ và đối tượng quan trắc

Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình nhằm mục đích xác định

mức độ chuyển dịch biến dạng, nghiên cứu tìm nguyên nhân gây ra chuyển dịch biến dạng, từ đó có biện pháp xử lý, đề phòng các tai biến có thể xảy ra trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình, cụ thể là:

- Xác định giá trị chuyển dịch biến dạng tại thời điểm quan trắc để đánh giá mức độ ổn định của công trình

- Sử dụng các kết quả quan trắc để kiểm tra các tính toán trong giai đoạn thiết kế công trình

- Xác định các loại biến dạng có khả năng ảnh hưởng đến quá trình vận hành công trình để đề ra chế độ sử dụng và khai thác công trình hợp lý

Để quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình cần triển khai các nhiệm

vụ cụ thể sau:

- Xác định nhiệm vụ kỹ thuật, khái quát về công trình, điều kiện tự nhiên

và chế độ vận hành công trình

- Lập sơ đồ phân bố các mốc khống chế và mốc quan trắc

- Thiết kế sơ đồ quan trắc

- Xác định yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc ở những giai đoạn khác nhau

- Phương pháp và phương tiện dùng trong quan trắc

- Đo đạc ngoại nghiệp

- Xử lý số liệu quan trắc, tính toán các thông số chuyển dịch biến dạng công trình

1.2.2 Yêu cầu độ chính xác quan trắc

Yêu cầu độ chính xác của công tác quan trắc chuyển dịch là độ chính xác cần thiết xác định sự chuyển dịch công trình của các chu kỳ quan trắc Chỉ tiêu độ chính xác này được xác định dựa vào các chỉ tiêu cơ lý của nền móng công trình, đặc điểm kết cấu công trình

Có hai cách xác định yêu cầu độ chính xác của công tác quan trắc

chuyển dịch công trình là xác định theo yêu cầu độ chính xác của công tác quan trắc từng hạng mục công trình trong thiết kế kỹ thuật công trình và xác định theo các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành của các Bộ, Ngành

Đối với các tuyến đập bê tông trọng lực của các công trình thủy điện thì

độ chính xác quan trắc được nêu ra trong thiết kế kỹ thuật công trình

1 Dựa vào giá trị chuyển dịch dự báo:

Yêu cầu độ chính xác được xác định theo công thức:

q: Giá trị chuyển dịch dự báo giữa hai chu kỳ quan trắc, t: Hệ số đặc trưng cho độ tin cậy của kết quả quan trắc chuyển dịch

Đối với công tác quan trắc chuyển dịch, thường lấy P = 0.997 (t=3), khi

đó công thức tính độ chính xác của quan trắc chuyển dịch là:

q

thức (1.2) sẽ rất nhỏ, trong một số trường hợp rất khó đạt được độ chính xác như vậy Đặc biệt là đối với công tác quan trắc chuyển dịch ngang các công trình thủy điện

2 Dựa vào loại nền móng và đặc điểm kết cấu đối với từng loại công trình:

Yêu cầu độ chính xác quan trắc của các công trình dân dụng, công nghiệp thông thường được đưa ra trong Bảng (1.1)

Bảng 1.1- Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang công trình

TT Đối tượng quan trắc Độ chính xác

1.2.3 Chu kỳ quan trắc

Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình là công tác đo lặp, được thực hiện nhiều lần với cùng một đối tượng Mỗi lần đo gọi là một chu kỳ Thời gian thực hiện các chu kỳ đo được nêu ra trong phương án kỹ thuật quan trắc biến dạng của từng công trình cụ thể

Thời gian giữa các chu kỳ quan trắc ở tại các thời điểm khác nhau cũng khác nhau Thông thường giai đoạn thi công, thời gian quan trắc giữa hai chu kỳ

sẽ ngắn hơn trong giai đoạn quản lý, sử dụng và vận hành công trình

Thời gian quan trắc giữa hai chu kỳ thường được xác định dựa vào các tiêu chuẩn, quy chuẩn; theo các công trình tương tự đã được xây dựng và sử dụng hoặc theo các tiêu chuẩn, quy chuẩn đã được áp dụng trên thế giới

trọng Vừa phải đảm bảo sao cho số liệu quan trắc thể hiện được thực chất quá trình chuyển dịch của đối tượng quan trắc vừa phải đảm bảo được hiệu quả kinh tế, tránh gây ra sự lãng phí không cần thiết

Có thể phân chia quá trình quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình làm ba giai đoạn là: Giai đoạn thi công, giai đoạn đầu của quá trình vận hành,

sử dụng, giai đoạn công trình đi vào ổn định

Trong mỗi giai đoạn khác nhau, thời gian giữa hai chu kỳ quan trắc cũng khác nhau Tham khảo công tác quan trắc một số công trình thủy điện lớn như Hoà Bình, Yaly, Tuyên Quang, Sông Ba Hạ, Sê San 4…đã được thực hiện thì thời gian quan trắc giữa các chu kỳ được thực hiện như sau:

- Giai đoạn thi công: Trung bình 6 tháng quan trắc một lần Chu kỳ 0

được quan trắc vào thời điểm chuẩn bị tiến hành tích nước hồ chứa (Tuyến

đập đang ở trạng thái tải trọng tự thân nó, chưa chịu áp lực nước của hồ chứa) Chu kỳ 1 được tiến hành khi mực nước hồ chứa đạt mực nước dâng bình thường theo thiết kế Ngoài ra theo yêu cầu của cơ quan thiết kế, công tác quan trắc còn phải được thực hiện tại những thời điểm nhất định như khi mực nước hồ chứa đón lũ đầu tiên sau giai đoạn tích nước

- Giai đoạn quản lý vận hành: Trung bình từ 6 tháng đến một năm thực

hiện quan trắc một lần Thời điểm quan trắc còn thực hiện khi xẩy ra điều kiện bất thường như công trình vừa chịu những trận lũ lớn, lũ lịch sử thì cần phải tiến hành quan trắc để đánh giá ngay trạng thái công trình

- Giai đoạn công trình đi vào ổn định: Trung bình cứ 2 năm tiến hành

quan trắc một lần, trừ những trường hợp đặc biệt như đã nêu ở trên Nếu như

sự chuyển dịch ngang của các điểm quan trắc có tốc độ biến dạng nhỏ hơn 2mm/năm thì có thể xem xét ngừng việc quan trắc công trình

1.3 LƯỚI KHỐNG CHẾ VÀ CÁC LOẠI MỐC DÙNG TRONG QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG ĐẬP THỦY ĐIỆN

1.3.1 Xác lập các bậc lưới khống chế

Theo truyền thống ở nước ta cũng như nhiều nước trên thế giới, khi quan trắc chuyển dịch ngang công trình bằng phương pháp trắc địa, thường người ta thành lập hệ thống lưới 2 bậc khống chế như sau:

1.3.1.1 Bậc lưới cơ sơ

Lưới cơ sở bao gồm các mốc cơ sở hay còn gọi là mốc chuẩn có yêu cầu độ ổn định vị trí rất cao nên chúng phải được bố trí ở nơi có điều kiện địa chất tốt, ngoài phạm vi chuyển dịch ngang công trình Số lượng mốc chuẩn phải lớn hơn 3 Trong mỗi chu kỳ quan trắc, cần kiểm tra sự ổn định của các mốc cơ sở Nếu phát hiện thấy mốc cơ sở bị chuyển dịch thì phải thực hiện hiệu chỉnh vào kết quả đo của các mốc quan trắc

1.3.1.2 Bậc lưới quan trắc

Lưới quan trắc bao gồm các mốc kiểm tra được gắn trên công trình tại các vị trí cần theo dõi chuyển dịch, cùng chuyển dịch với công trình Mốc kiểm tra được đặt ở các vị trí đặc trưng của công trình, phân bố đều trên công trình và những nơi dự kiến lượng chuyển dịch xảy ra nhiều nhất Mốc kiểm tra thường đặt ở độ cao nền công trình để giảm ảnh hưởng do nhiệt độ, độ nghiêng của công trinh

Hai cấp lưới này tạo thành một hệ thống nhất, và được đo đồng thời trong mỗi chu kỳ

1.3.2 Kết cấu và phân bố mốc quan trắc chuyển dịch ngang

1.3.2.1 Mốc cơ sở

Mốc cơ sở trong quan trắc chuyển dịch ngang thường có hai loại: mốc nổi và mốc chìm (Hình 1.4, 1.5 và 1.6)

Hình 1.4- Cấu tạo loại mốc nổi

Mốc cơ sở được đặt ngoài phạm vi chuyển dịch ngang của công trình, ở những nơi có điều kiện địa chất ổn định Trong mỗi chu kỳ quan trắc cần kiểm tra sự ổn định của các mốc cơ sở Nếu phát hiện thấy mốc cơ sở bị chuyển dịch thì phải tiến hành hiệu chỉnh vào kết quả quan trắc

Hình 1.5- Cấu tạo loại mốc chìm

1.3.2.2 Mốc kiểm tra

Có hai loại là Mốc gắn nền và Mốc gắn tường Yêu cầu chung đối với cả hai loại mốc là một đầu phải được gắn chặt vào công trình, cùng chuyển dịch với công trình đầu còn lại phải có cấu trúc thuận tiện cho việc đặt máy - đối với phương pháp tam giác hoặc đặt bảng ngắm - đối với phương pháp hướng chuẩn Với những công trình đòi hỏi phải quan trắc với độ chính xác cao thì phải có định tâm bắt buộc cho các mốc Mốc kiểm tra được đặt ở những vị trí đặc trưng của công trình Mốc kiểm tra thường được đặt ở độ cao của nền công trình để giảm ảnh hưởng do nhiệt độ và độ nghiêng công trình

1- Lớp vỏ cách nhiệt 2- Lớp đệm

3- Nắp bảo vệ 4- Mặt bích 5- Cột bê tông 6- Đế mốc 7- Lớp gạch lót đáy mốc

Hình 1.6- Cấu tạo mốc nổi có định tâm bắt buộc

Đối với công trình dân dụng, mốc kiểm tra được đặt theo chu vi của công trình, các mốc cách nhau không quá 20m Ở những vị trí chịu ảnh hưởng

- 15m Đối với công trình công nghiệp, phân bố mốc kiểm tra tuỳ thuộc vào loại móng công trình

-15m Móng cọc hoặc khối: trên mỗi khối được đặt không ít hơn 3 mốc

Đối với các đập thuỷ lợi, thuỷ điện, mốc kiểm tra được bố trí dọc đường hầm thân đập và dọc theo đỉnh đập Nếu là đập đá thì khoảng cách giữa các

Hình 1.7- Cấu tạo loại mốc gắn vào công trình

Hình 1.8- Cấu tạo loại mốc gắn vào công trình có bản lề quay

Hình 1.9- Cấu tạo mốc gắn nền

1.3.2.3 Bảng ngắm phẳng

Bảng ngắm phẳng được sử dụng để định hướng và để đo góc trong quan trắc đập thủy điện bằng phương pháp đo mặt đất nhờ các máy toàn đạc điện tử Độ chính xác quan trắc phụ thuộc nhiều vào độ chính xác của bảng ngắm Bảng ngắm phẳng phải thoả mãn các điều kiện sau:

- Đường vạch trên bảng ngắm có mầu sắc tương phản

- Hình dạng đường vạch là những hình tròn đồng tâm, vạch đứng hoặc hình tam giác

Có hai loại bảng ngắm: bảng ngắm di động và bảng ngắm cố định (Hình 1.10 và Hình 1.11)

Hình 1.10 - Bảng ngắm di động Hình 1.11 - Bảng ngắm cố định

1.4 TIÊU CHUẨN ỔN ĐỊNH CỦA CÁC MỐC CƠ SỞ TRONG QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG TUYẾN ĐẬP

Lưới khống chế trong quan trắc chuyển dịch tuyến đập là mạng lưới độc lập, được đo lặp trong các chu kỳ Tọa độ các điểm mốc của lưới khống chế cơ sở là số liệu gốc cho việc thính toán và đánh giá độ chuyển dịch của các điểm kiểm tra được gắn trên công trình cần theo dõi, và nếu chỉ cần một trong các mốc này bị chuyển dịch vị trí sẽ làm sai lệch vị trí các mốc quan trắc và tất nhiên điều này sẽ ảnh hưởng đến các kết quả đánh giá độ chuyển dịch của công trình Do vậy các điểm khống chế cơ sở cần được bố trí tại những nơi có điều kiện địa chất ổn định, nằm ngoài phạm vị chịu tác động của

sự chuyển dịch công trình và đặc biệt phải có độ ổn định cao trong suốt quá trình quan trắc

Công việc kiểm tra, đánh giá ổn định của hệ thống mốc cơ sở quan trắc chuyển dịch tuyến đập có vai trò rất quan trọng và quyết định tới độ tin cậy của toàn bộ các kết quả quan trắc Kết quả của công việc này là xác định được những mốc ổn định và những mốc có độ chuyển dịch lớn hơn giá trị cho phép

để loại chúng ra khỏi số liệu gốc Để có kết luận đúng đắn về vấn đề này cần đưa ra tiêu chuẩn về độ ổn định cho các mốc của lưới khống chế cơ sở

1.4.1 Xác định độ chính xác cần thiết vị trí các điểm quan trắc trong mỗi chu kỳ

chuyển dịch của điểm i trong khoảng thời gian này Từ hình vẽ ta có:

Lấy vi phân 2 vế của (1.3) theo các biến là các thành phần toạ độ, ta có [3]:

2 1 2

2 1 2 2

)(

)

Q i    

Chuyển qua sai số trung phương:

Ví dụ: nếu yêu cầu sai số xác định độ chuyển dịch công trình là 5mm

không được vượt quá giá trị 5mm

1.4.2 Xác định sai số của các bậc lưới và tiêu chuẩn ổn định của các mốc

cơ sở

Trong hệ thống lưới có n bậc với hệ số giảm độ chính xác giữa các bậc

theo công thức:

1 1 2 2

1 2 1

1 2 2

1

(2

2Q i dQ i  x x dx  x x dx  y y dy  y y dy

2 2 1 2 2

2 1 2 2

2 1 2 2

2 1 2 2

2

1 2

y x

2 1

2 1

1 2

2 1 2 2 2

2

)(

)(

) 1 ( 2 2

K K

K m m

(1.7)Trong trường hợp hệ thống lưới gồm hai cấp ta sẽ có:

lần lượt là sai số của bậc lưới cơ sở và bậc lưới quan trắc

Theo công thức (1.8) dễ dàng xác định được yêu cầu độ chính xác của mỗi bậc lưới như sau (Bảng 1.2):

Bảng 1.2- Yêu cầu độ chính xác các cấp lưới

T

T Hạng mục quan trắc

Sai số tổng hợp các bậc lưới (mm)

Sai số trung phương vị trí điểm

(mm) Lưới

cơ sở

Lưới quan trắc

1 Công trình bê tông xây trên nền đá gốc 1 0.4 0.8

2 Công trình xây trên nền đất cát,sét và

3 Các loại đập đất đá chịu áp lực cao 5 2.2 4.4

4 Công trình xây trên nền đất đắp,nền trượt 10 4.5 9.0

5 Các loại công trình bằng đất đắp 15 6.7 13.4

Khi đó, các mốc khống chế được xem là ổn định nếu thỏa mãn điều kiện:

tính theo công thức (1.3); t là hệ số chuyển đổi từ sai số trung phương sang

sai số giới hạn, thường lấy t =3

K

m K

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP TRẮC ĐỊA QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH

NGANG TUYẾN ĐẬP THỦY ĐIỆN

2.1 QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG BẰNG PHƯƠNG PHÁP HƯỚNG CHUẨN

Phương pháp hướng chuẩn được áp dụng để đo chuyển dịch ngang những công trình dạng thẳng, hướng của chuyển dịch ngang vuông góc với hướng chuẩn [6]

Tùy theo phương pháp thành lập hướng chuẩn mà phân biệt:

-Hướng chuẩn cơ học: một sợi dây mảng căng qua hai điểm cố định

-Hướng chuẩn quang học: tia ngắm từ điểm đặt máy đến điểm đặt tiêu

-Hướng chuẩn lade: tia lade từ điểm đặt máy đến điểm đặt tiêu

Trong phương pháp hướng chuẩn thường lấy trục hoành trùng với

hướng chuẩn, trục tung vuụng gúc với nú Chuyển dịch ngang một điểm của cụng trỡnh là sự thay đổi tung độ của điểm đú trong cỏc chu kỳ quan trắc

Sơ đồ phõn bố mốc cơ sở, mốc quan trắc, mốc kiểm tra đơn giản nhất như Hỡnh 2.1

2.1.2 Cỏc phương phỏp quan trắc hướng chuẩn

Trong phương phỏp hướng chuẩn quang học cú hai cỏch đo độ lệch hướng:

chu kỳ đầu tiờn và được sử dụng cho cỏc chu kỳ sau

Sai số trung phương của độ lệch hướng được tớnh theo cụng thức:

yi - độ lệch huớng chuẩn điểm i

3 2 1 I

y

A 1

Các điểm kiểm tra chỉ lệch với hướng chuẩn vài cm, do đó góc i rất nhỏ nên số hạng thứ nhất vế phải của (1.4.3) có thể bỏ qua, ta có:

myi = li

m” i

b) Phương pháp bảng ngắm di động

Đặt bảng ngắm tại I, bảng ngắm cố định tại II, thành lập hướng chuẩn

I-II Đặt bảng ngắm di động tại điểm i Dùng vít đo cực nhỏ có kích thước chia vạch của bảng ngắm di động điều chỉnh bảng ngắm sao cho tia ngắm đI qua

định từ số đọc trên thước của bảng ngắm và số đọc ban đầu của nó Cần phải

đo ngắm ở hai vị trí bàn độ đứng của máy kinh vĩ để khử sai số 2C Số đọc ban đầu là số đọc khi trục đối xứng của bảng ngắm đi qua tâm mốc.Muốn có

số đọc đó cần đọc số 2 lần (một lần khi bảng ngắm quay về phóa máy và lần

so với vị trí ban đầu) và lấy trung bình Đối với mỗi mốc kiểm tra i thường phải đo 2-3 lần và lấy vị trí trung bình.Sai số trung phương của độ lệch y được tính theo công thức:

m2yi = l

2

l – khoảng cách từ máy tới điểm kiểm tra

Chuyển dịch ngang của một điểm kiểm tra tính từ chu kỳ đầu tiên đến chu kỳ

j được tính theo công thức:

mu = my 2 (2.9)

Từ (2.8) và (2.9) ta thấy sai số xác định chuyển dịch ngang bằng phương pháp hướng chuẩn tỷ lệ thuận với khoảng cách từ máy đến điểm kiểm tra Khi dùng máy kinh vĩ độ chính xác cao, sai số này khoảng 1mm đối với chiều dài hướng chuẩn 200m và 5mm với chiều dài hướng chuẩn 1km

Nhưng nhiều công trình hiện đại như đập thủy lợi, thủy điện, cầu vượt,

… có chiều dài lớn hơn lại đòi hỏi độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang cao hơn: 0.5 - 1mm Do đó phải tìm sơ đồ và biện pháp đo hướng chuẩn thích hợp để bảo đảm yêu cầu độ chính xác và có thể đo ngắm trong những điều kiện khác nhau

2.1.3 Sơ đồ đo ngắm hướng chuẩn

2.1.3.1 Sơ đồ hướng chuẩn toàn phần

Hình 2.2- Sơ đồ hướng chuẩn toàn phần a) Phương pháp đo:

Đặt máy tại I, định hướng về II và lần lượt đo độ lệch hướng của các điểm kiểm tra 1,2, ,n, đo ở hai vị trí bàn độ đứng bên trái và bên phải

Đo chiều ngược lại : đặt máy tại II, định hướng về I, đo độ lệch hướng của các điểm kiểm tra n, n-1, ,1

b) Độ chính xác:

Công thức tính sai số trung phương của độ lệch hướng điểm i là:

myi = lim

” c

n



4

3 2

1

Trong đó : mc - sai số đo trong phương pháp đo góc nhỏ hoặc trong phương pháp bảng ngắm di động

Hướng chuẩn I-II được chia làm nhiều phần và tiến hành đo như sau:

Đo đi :-Định hướng I-II, đo điểm 4

-Định hướng I-4, đo điểm 2; định hướng II-4, đo điểm 6

53

2

-Định hướng I-2, đo điểm 1; định hướng 2-4, đo điểm 3

-Định hướng 4-6, đo điểm 5; định hướng 6-II, đo điểm 7

Đo về: Đặt máy ở II định hướng về I và theo tuần tự ngược lại với đo đi, lần lượt đo các điểm 4,6,2,7,5,3,1

b) Tính độ lệch hướng và sai số trung phương:

Ký hiệu độ lệch hướng của các điểm kiểm tra so với hướng chuẩn I-II

Đo đi: Đặt máy tại I, định hướng về II, đo điểm 1

Đặt máy tại 1, định hướng về II, đo điểm 2

Đặt máy tại 2, định hướng về II, đo điểm 3

Đặt máy tại 3, định hướng về II, đo điểm 4

Tiếp tục nhích dần cho đến điểm đo cuối cùng

Hình 2.4- Sơ đồ hướng chuẩn nhích dần

Đo về: Đặt máy tại II, định hướng về I, đo điểm 7

Đặt máy tại 7, định hướng về I, đo điểm 6

Tiếp tục nhích đến điểm đo 1

b) Tính độ lệch hướng và sai số trung phương

l1.I

l6.I + q

’ 5

l1.I

l5.I + q

’ 4

l1.I

l4.I + q

’ 3

l1.I

l3.I + q

’ 2

l1.I

l2.I + q

’ 1

76

4

53

2

1

Trong sơ đồ hướng nhích dần, nếu khoảng cách giữa các mốc kiểm tra

” c

Trong đó: n - số đoạn trên toàn hướng I-II

Từ (2.18) và (2.19) dễ dàng thấy rằng độ chính xác của độ lệch hướng của cùng một điểm khi đo đi và khi đo về là không như nhau

Công thức tổng quát để tính sai số trung phương của độ lệch hướng điểm i:

2

(2.21)

Trong đó: i - số hiệu của điểm

k - số hiệu của trị đo q, (k = 1,2,3,….(n-1))

n - số đoạn trên toàn hướng chuẩn

-Nếu điểm A, B chuyển dịch theo hướng vuông góc thì cần hiệu chỉnh lượng chuyển dịch các điểm chuẩn vào kết quả quan trắc Nếu chuyển dịch

theo hướng trục x thì hướng chuẩn AB vẫn giữ nguyên, có nghĩa là không nguy hiểm bằng chuyển dịch theo hướng trục y

III II

I

B A

Hình 2.5- Mạng lưới khống chế gắn vào các điểm hướng chuẩn

Có 3 trường hợp sẽ xẩy ra khi hướng chuẩn chuyển dịch theo hướng vuông góc:

+ Trường hợp 1: Chỉ có một điểm chuyển dịch (A chuyển dịch sang vị trí A’)

i yi

A' QA A





Hình 2.7- Hai điểm chuẩn A,B chuyển dịch về 1 phía

y’i = cosyi + H’B’.tg + QB= cosyi + HB tg + QB (2.24)

+ Trường hợp 3: Hai điểm chuẩn A,B chuyển dịch ngược chiều nhau

I H

Bảng 2.1- Sai số trung phương các điểm trong các sơ đồ

Điểm

Sai số trung phương xác định chuyển dịch (mm)

Sơ đồ hướng toàn phần

Sơ đồ hướng từng phần

Sơ đồ hướng nhích dần

cao nhất Tuy nhiên, tùy điều kiện cụ thể của từng công trình mà có thể ứng dụng kết hợp các sơ đồ hoặc kết hợp với phương pháp khác để vừa bảo đảm

độ chính xác vừa đo ngắm tiện lợi

2.2 QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO GÓC- CẠNH

2.2.1 Phương pháp tam giác

Phương pháp tam giác thường được ứng dụng để quan trắc chuyển dịch ngang các công trình được xây dựng ở vùng đồi núi như các đập thủy lợi-thủy điện và những công trình có số lượng ít các điểm kiểm tra Các điểm lưới cơ

sở và các điểm kiểm tra tạo thành một mạng lưới thống nhất, tại đó tất cả các điểm đều đứng máy để tiến hành đo đạc (Hình 2.6)

3

2

1 A

B

C

D

E

Hình 2.9- Quan trắc chuyển dịch bằng phương pháp tam giác

A,B, ,E- Điểm lưới cơ sở;

1,2,3- Điểm lưới quan trắc Trong lưới thường đo các góc-cạnh kết hợp bằng các máy toàn đạc điện

tử chính xác Khi đo góc ngang cần đảm bảo sai số trung phương cho phép đo góc tương ứng với các khoảng cách quy định ở Bảng 2.2 Bình sai kết quả đo trong mỗi chu kỳ để tinh toán tọa độ của các điểm Dựa vào tọa độ tính được của các điểm ở các chu kỳ khác nhau để tính giá trị và hướng chuyển dịch

Bảng 2.2- Sai số trung phương cho phép đo góc

yi,j, yi,(j-1) - tọa độ y của điểm i tính được ở chu kỳ j và j-1

dịch toàn phần

2.2.2 Phương pháp giao hội

2.2.2.1 Các phương án giao hội

Phương pháp giao hội là phương pháp truyền thống tối ưu để quan trắc chuyển dịch ngang công trình có dạng hình cung như đường hầm cong, tuyến đập thủy điện dạng vòm…

Để có thể quan trắc bằng phương pháp giao hội, yêu cầu có ít nhất 3 điểm cơ sở với hai cách đo chủ yếu là đo giao hội thuận và giao hội nghịch

Tùy thuộc vào vị trí phân bố của các đại lượng đo góc và cạnh trong lưới giao hội, có thể có các phương thức giao hội sau đây:

-Giao hội thuận góc

-Giao hội thuận góc-cạnh

-Giao hội nghịch góc-cạnh

-Giao hội cạnh

Khi các điểm quan trắc được xác định bằng phương pháp giao hội từ hơn 3 điểm khống chế cơ sở thì sẽ xuất hiện trị đo thừa, khi đó có điều kiện

để bình sai, xác định toạ độ của các điểm quan trắc

Trong trường hợp giao hội nghịch góc cạnh khi thiết kế lưới cần chú ý đến điểm bất lợi của đồ hình giao hội nghịch, đó là: Điểm quan trắc nằm trên vòng tròn ngoại tiếp tam giác được tạo bởi ba điểm khống chế cơ sở (tham gia

để xác định toạ độ của điểm quan trắc) Trong trường hợp này ta sẽ không xác định được toạ độ của điểm quan trắc

Độ chính xác của phương pháp giao hội phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác đo góc và đo cạnh Nhiều kết quả khảo sát lý thuyết và thực nghiệm cho thấy tương quan độ chính xác giữa các đồ hình lưới giao hội góc, giao hội cạnh và giao hội góc- cạnh như sau [4]:

- Khi chiều dài cạnh ngắn thì độ chính xác của giao hội góc và giao hội cạnh là tương đương