Công tác quan trắc chuyển dịch ngang tuyến đập thuỷ điện Bình Điền

Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

MỤC LỤC …………………………………………………..
LỜI NÓI ĐẦU ……………………………………………….

1
3

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC
CHUYỂN DỊCH NGANG CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN BÌNH ĐIỀN
I.1. Khái quát chung về công trình .................................................

4

I.2. Khái niệm về quan trắc chuyển dịch ........................................

7

I.3. Nguyên lý quan trắc chuyển dịch ngang công trình ...............

9

I.4. Giới thiệu các phương pháp quan trắc chuyển dịch ngang.......

10

I.5. Tài liệu,máy móc và thiết bị quan trắc………………………...

21

CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH
NGANG TUYẾN ĐẬP THUỶ ĐIỆN BÌNH ĐIỀN
II.1. Nhiệm vụ kỹ thuật quan trắc chuyển dịch ngang tại ……….

22

II.2. Công tác xây dựng lưới quan trắc chuyển dịch.......................

23

II.3. Kết cấu mốc.............................................................................

26

II.4. Thiết kế lưới khống chế cơ sở.................................................

29

II.5. Thiết kế lưới quan trắc chuyển dịch ngang..............................

00

CHƯƠNG 3: CÔNG TÁC XỬ LÝ KẾT QUẢ ĐO LƯỚI QUAN TRẮC
CHUYỂN DỊCH NGANG
3.1. Phân tích chọn phương pháp xử lý số liệu của lưới cơ sở........

00

3.2. Tính toán bình sai lưới quan trắc..............................................

00

3.3. Tính toán tham số chuyển dịch.................................................

00

3.4. Thực nghiệm tính toán.............................................................

00

KẾT LUẬN............................................................................................

00

TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................

00

PHỤ LỤC

Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

LỜI NÓI ĐẦU
Trên con đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước thì việc phát
triển và tận dụng nguồn năng lượng điện là việc hết sức cần thiết. Do đó quá
trình xây dựng công trình thuỷ điện là biện pháp hiệu quá để tận dụng lợi thế tự
nhiên của đất nước,nhằm đảm bảo năng lượng phục vụ cho các ngành công
nghiệp và phục vụ cuộc sống sinh hoạt của nhân dân.
Trong thời gian gần đây, ở nước ta đã xây dựng được một số công trình
thuỷ điện lớn như Hoà Bình, Sông Hinh, Yaly, Thác Bà, Sơn La, Tuyên Quang
và một số thuỷ điện khác. Trong quá trình xây dựng các công trình thuỷ điện,
ngành trắc địa đóng một vai trò quan trọng đối với các giai đoạn khảo sát, thiết
kế, thi công và vận hành công trình.
Tại các nhà máy thuỷ điện, việc thiết kế và xây dựng tuyến đập là một
trong những hạng mục quan trọng nó ảnh hưởng trực tiếp tới công suất, độ bền
vững của công trình. Vì vậy, công tác quan trắc biến dạng nhằm theo dõi kiểm
tra tính ổn định của tuyến đập trong quá trình vận hành là hết sức cần thiết.
Với phương châm học kết hợp với thực tế sản xuất, trong thời gian thực
tập tốt nghiệp cũng như trong thời gian viết đồ án tốt nghiệp em đã tham gia
công tác quan trắc chuyển dịch của thuỷ điện Bình Điền và có điều kiện thu thập
tài liệu cho đồ án tốt nghiệp này. Do đó em đã mạnh dạn sử dụng các tài liệu
thực tiễn có được để làm đồ án tốt nghiệp với đề tài “Công tác quan trắc
chuyển dịch ngang tuyến đập thuỷ điện Bình Điền”
Mục đích của đề tài là đưa ra các phương án quan trắc và xử lý số liệu đo
quan trắc chuyển dịch ngang để lựa chọn phương án tối ưu và phù hợp với thực
tiễn của công trình thuỷ điện Bình Điền.
Nội dung của đồ án bao gồm:

Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57

Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
•

Chương 1: Giới thiệu chung về công tác quan trắc chuyển dịch ngang công trình
thủy điện Bình Điền.
Chương 2: Phương pháp quan trắc chuyển dịch ngang tuyến đập thuỷ

•

điên Bình Điền
Chương 3: Công tác xử lý số liệu kết quả đo lưới quan trắc chuyển dịch

•

ngang.
Với sự cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo
Ts Lê Đức Tình cùng các Thầy, Cô trong khoa trắc địa và bạn bè đồng nghiệp,
em đã hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, trong quá trình viết đồ án do trình độ
chuyên môn còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế còn ít nên đồ án không tránh khỏi
những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các Thầy Cô và
bạn bè đồng nghiệp để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ts Lê Đức Tình cùng các Thầy,Cô
và bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ em hoàn thành đô án này.

Hà Nội, tháng 05 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Hồ Văn Việt

Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC
CHUYỂN DỊCH NGANG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN BÌNH ĐIỀN
1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN BÌNH ĐIỀN
1.1.1. Giới thiệu chung
Nhà máy thủy điện Bình Điền được xây dựng trên sông Hữu Trạch, thuộc
khu vực địa giới xã Bình Điền, huyện Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế.
Thủy điện Bình Điền có vai trò quan trọng trong việc phát triển hệ thống
năng lượng của nước ta hiện nay cũng như trong tương lai.
Thủy điện Bình Điền nằm trong hệ thống điện toàn Quốc, có các nhiệm
vụ chủ yếu sau:
+ Tạo dung tích của hồ chứa 423 triệu m 3 để phòng chống lũ cho thành
phố Huế với dự kiến giảm mức lũ khoảng 1.1 đến 1.2 mét vào mùa lũ.
+ Tạo nguồn phát điện cung cấp cho lưới điện Quốc gia với công suất lắp
đặt 44 MW, sản lượng điện trung bình hàng năm 181.65 triệu KWh/năm.
+ Tạo nguồn cấp nước cho 11.000 ha đất nông nghiệp, cùng với việc cấp
nước sinh hoạt với lưu lượng 1.1 m3/giây.
1.1.2. Các thông số chính của công trình
- Công suất lắp máy:

44 MW

- Điện lượng trung bình:

181.65 triệu KWh/năm

- Mực nước dâng bình thường:

85 m

- Dung tích điều tiết năm Wn:
423 triệu m3
- 2 tổ máy với công suất mỗi tổ: 22 MW
Công trình thủy điện Bình Điền do Công ty Cổ phần thủy điện Bình Điền
(Tổng công ty Sông Đà góp vốn đầu tư) đầu tư xây dựng theo hình thức BOO
(Xây dựng, sở hữu và kinh doanh). Công trình đã được chính thức khởi công
ngày 15/01/2005 dự kiến hoàn thành vào 16/4/2009. Cũng theo kế hoạch, việc
tích nước cho hồ để phát điện sẽ được thực hiện từ đầu mùa lũ năm 2008.
Tuyến áp lực thủy điện Bình Điền gồm hạng mục quan trọng là đập dâng
và đập tràn. Đập dâng của nhà máy thủy điện Bình Điền là đập bê tông đầm lăn
Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

nối liền với tuyến năng lượng và đập tràn ở bên bờ trái sông với 4 cửa van cung
kích thước b x h = ( 10 x 12.57 ) m.
Các thông số kích thước chủ yếu sau:
- Chiều dài theo đỉnh đập ( đập bê tông bản mặt ): 331.6 m
- Chiều cao đập lớn nhất:

83.5 m

- Chiều rộng mặt đập:

7m

- Kênh dẫn nước chiều rộng đáy kênh: 12 m, chiều dài 30 m
- Đường ống áp lực bằng thép dày 12 ÷ 26 mm, chiều dài 280 m, đường
kính trong 4.5 m.
- Cao trình ngưỡng tràn:

73 m

Hình 1.1 : Toàn cảnh thuỷ điện Bình Điền
1.2. KHÁI NIỆM VỀ QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG CÔNG TRÌNH
1.2.1. Khái niệm
Chuyển dịch công trình là sự thay đổi vị trí của công trình trong không
gian theo thời gian.
Theo phương thẳng đứng được gọi là sự trồi lún công trình.
Theo phương nằm ngang là chuyển dịch ngang công trình.

Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57

Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

1.2.2. Nguyên nhân gây ra biến dạng công trình
1.2.2.1. Tác động của điều kiện tự nhiên
- Khả năng trượt lở của các lớp đất đá dưới nền móng công trình sự co
giãn của các lớp đất đá.
- Sự thay đổi các điều kiện thuỷ văn theo nhiệt độ, độ ẩm và mực nước ngầm.
- Nguyên nhân chủ yếu gây ra chuyển dịch ngang của tuyến đập là áp lực
của lượng nước rất lớn trong hồ chứa.
1.2.2.2. Tác động của các yếu tố liên quan đến quá trình xây dựng và vận
hành công trình
- Ảnh hưởng của trọng lượng bản thân công trình.
- Sự thay đổi các tính chất cơ, lý đất đá do việc quy hoạch cấp thoát nước.
- Sự sai lệch trong khảo sát địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, sự suy yếu
của nền móng công trình do thi công ngầm dưới công trình.
- Sự thay đổi áp lực nền móng công trình do xây dựng các công trình khác ở
gần.
- Sự rung động của nền móng công trình do vận hành máy móc và sự hoạt
động của các phương tiện giao thông.
1.2.3. Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc
1.2.3.1. Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang
Trong thời kì thi công độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang cũng được
đề ra tuỳ thuộc loại công trình và nền móng.
Trong thức tế, yêu cầu độ chính xác quan trắc thường được xác định dựa
vào điều kiện nền móng, đặc điểm kết cấu đối với từng loại công trình cụ thể.
Sai số giới hạn quan trắc chuyển dịch ngang được quy định trong bảng 1

dưới đây :

Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

Bảng 1: Độ chính xác đo lún và quan trắc chuyển dịch ngang

STT

Loại công trình và nền móng

Độ chính xác quan
trắc (mm)

1

Công trình bê tông xây dựng trên nền đá gốc

± 1.0

2

Công trình bê tông xây dựng trên nền cát, sét
và các loại đất chịu nén khác

± 3.0

3

Các loại đập đất đá chịu áp lực cao

± 5.0

4

Công trình xây dựng trên nền đất đỏ

± 10.0

5

Các loại công trình bằng đất

± 15.0

1.2.3.2. Chu kỳ quan trắc chuyển dịch ngang
- Chu kỳ đầu tiên: được thực hiện ngay khi các mốc cơ sở đó ổn định và
công trình chưa chịu áp lực ngang.
- Chu kỳ thứ 1: thực hiện ngay sau khi có áp lực ngang tác động tới công trình.
- Các chu kỳ tiếp theo được thực hiện tùy thuộc vào mức tăng giảm áp lực
tới công trình nếu mức tăng giảm này vượt qua 25% áp lực tính toán.
- Thời kỳ vận hành công trình, việc quan trắc được tiến hành 1-2 chu
kỳ/năm.
- Khi tốc độ chuyển dịch của công trình không vượt quá 2mm/năm thì ta có

thể ngừng việc quan trắc.
1.3. NGUYÊN LÝ QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG CÔNG TRÌNH
Chuyển dịch ngang công trình là sự thay đổi vị trí của công trình trong mặt
phẳng nằm ngang.
Giả sử ở thời điểm ban đầu công trình ở vị trí P 1, ở thời điểm sau khi bị
chuyển dịch công trình ở vị trí P2. Khi đó vecter chuyển dịch toàn phần P1P2 có
giá trị là Q được biểu diễn như (hình 1. 2).
Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

X
P2
Qx

Q

X2

Y1
P1

X1

Qy

O

Y

Hình 1.2: Chuyển dịch ngang công trình

Giá trị vecter chuyển dịch Q trong mặt phẳng nằm ngang giữa thời điểm
quan trắc i và j được phân tích thành hai thành phần: chuyển dịch theo trục X (kí
hiệu là Qx) và chuyển dịch theo trục Y (kí hiệu là Qy). Các giá trị này được xác
định thông qua các đại lượng sau:
Kí hiệu X(i), Y(i), X(j), Y(j), là toạ độ của đối tượng xác định trong chu kỳ
thứ i và j. Khi đó ta tính được các giá trị chuyển dịch:
- Chuyển dịch theo trục X
Qx= X(i) - X(j)
- Chuyển dịch theo trục Y

(1.1)

Qy= Y(i) - Y(j)
- Vector chuyển dịch toàn phần
Q = Q x2 + Q y2

Như vậy, chuyển dịch ngang công trình có thể được xác định bằng phép đo
so sánh tọa độ của các điểm mốc quan trắc gắn tại những vị trí đặc trưng trên
công trình ở các chu kỳ quan trắc khác nhau. Để đo tọa độ các điểm quan trắc
Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57

Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

với độ chính xác cần thiết, thường xây dựng mạng lưới trắc địa mặt bằng chuyên
dụng trong mỗi chu kỳ đo.
1.4. GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH
NGANG CÔNG TRÌNH
Chuyển dịch ngang công trình được xác định trên cơ sở so sánh toạ độ của
mốc quan trắc ở các thời điểm (chu kỳ) đo khác nhau. Trong mỗi chu kỳ thường

Hình 1.3: Lưới tam giác trong quan trắc chuyển dịch ngang

xây dựng một bậc lưới trắc địa liên kết các mốc quan trắc, mạng lưới này được
định vị theo hệ tọa độ của lưới khống chế cơ sở. Tuỳ thuộc vào địa hình thực địa
và đặc điểm kết cấu công trình, có thể lập lưới quan trắc bằng các phương pháp
C

tam giác, đa giác, giao hội hoặc lưới đo hướng chuẩn.
A1.4.1.

1

Phương pháp tam giác
D

Lưới quan trắc được thành lập theo hình thức tam giác thường là mạng lưới dày đặc với đồ hình rất chặt chẽ, cho phép xác định tọa độ trong lưới với độ
2

chính xác cao. Tuy nhiên, do số lượng trị đo trong lưới tam giác là lớn nên việc đo
đạc trong mạng lưới cũng tốn nhiều thời gian, công sức và các chi phí khác.
E

3 là một ví dụ về một mạng lưới tam giác quan trắc chuyển dịch
Sau đây

ngang công trình:
Kí hiệu A, B, …E là các điểm khống chế đặt ngoài công trình; 1, 2, 3, là
các điểm quan trắc gắn trên công trình. Đồ hình lưới có dạng như hìn 1.3 sau:

B

Dựa vào các điểm quan trắc ở hai chu kỳ đo khác nhau để tính giá trị và
Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

hướng chuyển dịch. Nếu kí hiệu X(i), Y(i), X(j), Y(j)- toạ độ của các điểm N tính
được ở chu kỳ i và j; Qx, Qy – chuyển dịch của điểm N theo trục OX, OY; Q, ágiá trị và hướng của chuyển dịch toàn phần thì các tham số chuyển dịch của
điểm N được tính theo công thức:
Qx= X(i) - X(j)
Qy= Y(i) - Y(j)
Q = Q x2 + Q y2

(1.2)

α = Arctg

Qy
Qx

Sai số trung phương xác định chuyển dịch toàn phần của điểm i được tính
theo công thức:
2
2
mQ = m∆2x + m∆2y = mQx
+ mQy

(1.3)
1.4.2. Phương pháp đa giác
Phương pháp đa giác được sử dụng để quan trắc chuyển dịch ngang của
những công trình có dạng hình cung như các tuyến đường, hầm giao thông,
tuyến đập dạng vòm. Trên mỗi tuyến quan trắc xây dựng một đường chuyền qua
các mốc gắn tại công trình, ở hai đầu được dựa trên hai điểm khống chế cơ sở và
đo nối ít nhất 2 phương vị gốc. Đo góc, cạnh trong tuyến đa giác bằng máy toàn
3

đạc điện tử chính xác.

2

1
+
QT1

4
S2

1

+

QT2

S1

1

7

2 S3
3S4

5

4

S5

Hình 1.4: Sơ đồ lưới quan trắc phương pháp đa giác

Hồ Văn Việt

+

QT3

6

Lớp Trắc Địa B – k57

5

+
QT4


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

Tuyến đa giác để quan trắc chuyển dịch ngang trong công trình thường
có dạng gần với đường chuyền duỗi thẳng. Sai số vị trí điểm của tuyến phụ
thuộc vào sai số đo góc mâ, sai số đo cạnh ms, điểm yếu nhất (sau bình sai) sẽ là
điểm nằm ở giữ tuyến và được ước lượng gần đúng như sau:
Sai số trung phương vị trí điểm cuối đường chuyền (sau khi đã hiệu chỉnh
góc sơ bộ):

M = n.m +
2

2
s

mβ2

ρ

2

s2.

n.( n + 1)(n + 2)
12
(1.4)

Sai số trung phương vị trí điểm yếu sau bình sai tính theo công thức:

M yeu =

M
2.5

(1.5)

Trong đó: má, ms - Sai số đo góc và đo cạnh
n

- Số cạnh đường chuyền

S

- Chiều dài cạnh trong đường chuyền

1.4.3. Phương pháp giao hội

Đối với phương pháp giao hội có các dạng lưới (giao hội góc, giao hội
cạnh, giao hội góc - cạnh) có thể được áp dụng để quan trắc chuyển dịch ngang
công trình một cách hiệu quả. Lưới giao hội dễ phù hợp với nhiều dạng địa hình,
nhiều loại công trình và triển khai thi công thuận tiện bằng các loaị máy toàn đạc
điện tử.
Khi thiết kế phương án cần cân nhắc lựa chọn đồ hình giao hội phù hợp,
để vừa bảo đảm các yêu cầu kĩ thuật quan trắc, vừa đạt hiệu quả kinh tế của
công việc. Trong lưới giao hội máy đo được đặt tại các điểm khống chế cơ sở,
tiêu ngắm (hoặc gương) được đặt tại các mốc quan trắc. Từ các điểm lưới khống
X

P

chế tiến hành đo các yếu tố cần thiết (góc hoặc cạnh) đến tất cả các điểm quan
C

trắc trên tuyến.

S1

1
Hồ Văn Việt

S2

S

A
O Lớp Trắc Địa B – k57

Hình 1.5: Đồ hình giao hội

2

B
Y


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

Xét điểm quan trắc P được xác định bằng một trong 3 phương pháp giao
hội đơn là: giao hội góc, giao hội cạnh, giao hội góc - cạnh (hình 1. 5)
Kí hiệu: mâ - sai số đo góc, còn sai số đo cạnh S 1, S2 là ms1, ms2 tương
ứng. Khi đó các công thức tính sai số vị trí điểm P đối với từng trường hợp như sau:
- Trường hợp giao hội góc

m P' =

mβ

S12 + S 22

ρ . sin(γ )

(1.6)

- Trường hợp giao hội cạnh

mP" =

1
ms21 + ms22
sin(γ )

(1.7)

- Trường hợp giao hội góc - cạnh

mP =

mP' .mP"
mP'2 + mP"2

(1.8)

Trong đó: mP’, mP” là sai số vị trí điểm P được tính riêng cho đồ hình giao
hội góc và giao hội cạnh.
Khi điểm P được xác định bằng phương pháp giao hội từ hơn hai điểm
khống chế cơ sở, ký hiệu N là số lượng tất cả các trị đo, K là số trị đo tối thiểu
(trong lưới giao hội K =2), khi đó có thể tính gần đúng sai số trung phương vị trí
điểm giao hội theo công thức:

M ≈ M0

Hồ Văn Việt

K
N

Lớp Trắc Địa B – k57

(1.9)


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

Trong công thức (1.9) M 0 là sai số trung phương vị trí điểm giao hội (P),
tính được khi N = 2
Có thể rút ra nhận xét về tương quan độ chính xác giữa các đồ hình lưới
giao hội góc, giao hội cạnh, giao hội góc - cạnh: Khi chiều dài cạnh ngắn thì độ
chính xác của lưới giao hội góc và lưới giao hội cạnh là tương đương nhau. Khi
chiều dài cạnh tăng lên độ chính xác của lưới giao hội góc giảm rất nhanh so với
lưới giao hội cạnh, đồng thời độ chính xác của lưới giao hội góc - cạnh cũng
không tăng nhiều so với độ chính xác của lưới giao hội cạnh.
Với các mạng lưới vừa và lớn (chiều dài cạnh trong lưới giao hội giao
động trong khoảng 300 ÷ 1500m ) thì áp dụng giao hội cạnh là có lợi nhất.
1.4.4. Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp hướng chuẩn
1.4.4.1. Khái niệm
Hướng chuẩn qua hai điểm là mặt phẳng thẳng đứng đi qua hai điểm đó;
Độ lệch hướng của điểm (i) so với hướng chuẩn là khoảng cách từ điểm (i) đến
hướng chuẩn (mặt phẳng thẳng đứng).
Đối với phương pháp hướng chuẩn thường lấy trục hoành trùng với
hướng chuẩn và trục tung vuông góc với nó. Chuyển dịch ngang của công trình
là sự thay đổi tung độ của điểm đó trong các chu kỳ quan trắc khác nhau.
Phương pháp hướng chuẩn có ưu điểm la đơn giản, dễ thực hiện và cho độ
chính xác cao, tuy nhiên nhược điểm của phương pháp quan trắc này là chỉ cho

xác định chuyển dịch theo một hướng (vuông góc với hướng chuẩn).
Ngày nay, trong sản xuất với việc sử dụng các loại máy toàn đạc điện tử
chính xác cao, chuyển dịch theo hướng còn lại có thể xác đinh được nếu đo bổ
sung chiều dài cạnh từ điểm khống chế đến điểm quan trắc bằng các trị đo cạnh
chính xác.
1.4.4.2. Phương pháp đo độ lệch hướng
Đo độ lệch hướng có 2 phương pháp. Tuỳ từng trường hợp mà ta có thể áp
dụng phương pháp khác nhau. Nếu độ lệch hướng lớn có thể đo theo phương

Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

pháp đo góc nhỏ, nếu độ lệch hướng nhỏ có thể đo theo phương pháp bảng ngắm
di động.
Sơ đồ hướng chuẩn
a - Sơ đồ hướng chuẩn toàn hướng
Phương pháp đo

A

1

n

y1

yn

S’1

y2

S’2

B

S”n
S”2

S’n

Hình 1.6: Sơ đồ toàn hướng

- Đo chiều thuận: Đặt máy tại A, định hướng về B và lần lượt đo độ lệch
hướng của các điểm quan trắc 1,2.....n đo ở hai vị trí bàn độ đứng trái và phải.
- Đo chiều nghịch: Đặt máy tại B, định hướng về A, đo độ lệch hướng của
các điểm kiểm tra n, n- 1,..... 1.
b - Sơ đồ phân đoạn

1

K

Ä1

A

y1

2

Ä2
y2

3
yk

4 yn

n
Än
SBn
SB4

SA1
SA2
SAK

SBK

B

SB3

Hình 1.7: Sơ đồ phân đoạn

Phương pháp đo
Hướng chuẩn ban đầu A-B được chia thành những đoạn nhỏ hơn để tạo
thành một số hướng chuẩn phụ, các điểm chia gọi là điểm nút (trên hình 1.7
Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

hướng AB được chia thành 2 đoạn với K là điểm nút). Trình tự đo được triển
khai như sau:
- Bước 1: Đo độ lệch hướng điểm K so với hướng chuẩn A-B, xác định
được độ lệch hướng Äk .
- Bước 2a: Đo độ lệch hướng các điểm 1, 2 so với hướng chuẩn A-K, xác
định được độ lệch hướng Ä1, Ä2
- Bước 2b: Đo độ lệch hướng các điểm 3, 4, n so với hướng chuẩn B-K,
xác định được độ lệch hướng Ä3, Ä4, Än.
Độ chính xác tương đương với độ chính xác sơ đồ toàn hướng
c - Sơ đồ hướng chuẩn nhích dần
2
1

A

∆1

y1

∆2

n

n-1

∆n

yn-1

y2

yn
SBn

B

SB.n-1
SB1

SB2

Hình 1.8: Sơ đồ nhích dần

Phương pháp đo
- Đo theo chiều thuận: Đặt máy tại A, định về B, đo đô lệch hướng điểm
1, kết quả đo là Ä1; đặt máy tại 1, định hướng về B, đo đô lệch hướng điểm 2,
kết quả đo là Ä2 ..... tiếp tục nhích dần tới điểm cuối.

- Đo theo chiều nghịch: Đặt máy tại B, định hướng về A đo đô lệch hướng
điểm n, kết quả đo là Ä’n; đặt máy tại n, định hướng về A, đo đô lệch hướng
điểm n-1, kết quả đo là Ä’n-1 ..... tiếp tục nhích dần tới điểm cuối.

4

d - Sơ đồ giao chéo

2

Phương pháp đo

∆ 1S2
Hồ Văn Việt
A

S1

1

∆2

S3

∆3

S4

3

Sn
n-1

Lớp Trắc Địa B – k57

Hình 1.9: Sơ đồ giao chéo

n

∆ n Sn+1
B


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

- Đo theo chiều thuận: Đặt máy tại A, định hướng về 2, đo độ lệch hướng
Ä1 của điểm 1 so với hướng A- 2; đặt máy máy tại 1, định hướng về 3, đo độ
lệch hướng Ä2 của điểm 2 so với hướng 1-3; ..... tiếp tục như vậy cho đến khi đặt
máy tại điểm (n-1) đo độ lệch hướng Än so với hướng (n-1) - B.
- Đo theo chiều nghịch: Đặt máy tại B, định hướng về (n-1), đo độ lệch
hướng Ä’n của điểm n so với hướng B - (n-1) ; đặt máy máy tại n, định hướng về n2, đo độ lệch hướng Ä’n-1 của điểm (n-1) so với hướng n-(n-2)...... Tiếp tục như vậy
cho đến khi đặt máy tại điểm 2 đo độ lệch hướng Ä’1 so với hướng 2-A.
Trong các sơ đồ hướng chuẩn, sơ đồ toàn hướng và sơ đồ phân đoạn có độ
chính xác tương đương nhau, sơ đồ nhích dần có độ chính xác cao nhất, sơ đồ
giao chéo có độ chính xác thấp nhất. Trong thực tế, cần xuất phát từ điều kiện cụ
thể của từng công trình mà có thể xử dụng kết hợp các sơ đồ hoạc kết hợp với
các phương án khác để vừa đảm bảo độ chính xác vừa thuận tiện cho việc đo
đạc.

1.4.5. Quan trắc chuyển dịch ngang bằng công nghệ GPS
Lưới GPS nói chung không khác nhiều so với các mạng lưới trắc địa truyền
thống. Trong lưới GPS, các điểm được liên kết với nhau bằng các cạnh đo, nhờ
các cạnh đo đó tính toán xác định toạ độ, độ cao các điểm trong cùng một hệ toạ
độ thống nhất.
Việc thiết kế kỹ thuật cho lưới GPS cũng giống như khi quan trắc chuyển
dịch ngang bằng các trị đo mặt đất. Lưới khống chế quan trắc chuyển dịch ngang
bằng công nghệ GPS cũng được hình thành từ hai loại điểm (điểm cơ sở và điểm
Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

quan trắc). Và lưới GPS ứng dụng trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình
cần phải ước tính độ chính xác vị trí mặt bằng điểm lưới.
Công tác tổ chức đo đạc trong lưới GPS quan trắc chuyển dịch được thực hiện
theo phương pháp định vị tương đối tĩnh và cần có tối thiểu 4 máy thu tín hiệu. Khi
số lượng điểm cơ sở càng nhiều thì ta càng có điều kiện để kiểm tra độ ổn định của
các mốc cơ sở và độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang càng cao.
Thực tế cho thấy, số lượng điểm cơ sở phải từ 3 trở lên. Điều đó có nghĩa
là nếu có 4 máy thu thì nhất thiết phải có 3 máy đặt cố định tại 3 điểm cơ sở và
máy còn lại lần lượt đặt tại các điểm kiểm tra, tạo nên các ca đo độc lập với đồ
hình liên kết cạnh.
Khi quan trắc chuyển dịch ngang bằng công nghệ GPS thì ở tất cả các chu
kỳ quan trắc chỉ cần lấy kết quả bình sai lưới GPS tự do mà không cần chuyển
đổi toạ độ hoặc bình sai rằng buộc lưới. Sau đây là hai phương án quan trắc khi

có 4 và 5 máy thu.
Kí hiệu: 1, 2, 3, 4, là các điểm kiểm tra; QT1, QT2, QT3 là các điểm cơ
sở. Khi đó đồ hình đo trong hai trường hợp sử dụng 4 máy thu và 5 máy thu như
sau:

1

3

2

4

QT3

QT1
2 QT2

3

4
1
Hình 1.10: Trường
hợp sử dụng 4 máy mamays mamaymamáy
thu

Hồ Văn Việt

QT1

Lớp Trắc Địa B – k57
QT2

Hình 1.11: Trường hợp sử dụng 5 máy thu

QT3


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

Trong 2 trường hợp trên, ta xác định các đặc trưng đo như bảng sau:
Bảng 2: Các đặc trưng đo GPS
Trường

Số ca đo

Tổng số

hợp
4 máy thu
5 máy thu

độc lập
4
2

cạnh đo
15

17

Số cạnh đo lặp

Số lần đo lặp

3
3

4
2

1.5. TÀI LIỆU, MÁY MÓC VÀ THIẾT BỊ QUAN TRẮC
1.5.1. Các tài liệu được sử dụng làm cơ sở triển khai công tác quan trắc
1. Nhiệm vụ kỹ thuật công tác quan trắc biến dạng thủy điện Bình Điền
2. Các bản vẽ thiết kế mặt bằng tuyến áp lực
3. Tập báo cáo chính phần xây dựng
4. Các tài liệu địa hình, địa chất khu vực, tài liệu địa hình chủ yếu gồm:
- Bản đồ địa hình tỉ lệ 1:500 đến 1:5000
- Tài liệu khống chế mặt bằng, độ cao công trình thủy điện Bình Điền.
1.5.2. Máy móc thiết bị và công nghệ
Quan trắc biến dạng công trình là dạng công tác trắc địa với độ chính xác
cao nên cần sử dụng các loại máy móc thiết bị hiện đại, chính xác cao nhất đồng
thời tiếp thu ứng dụng công nghệ hiện đại.
Dự kiến các thiết bị:
Máy dùng để thực hiện đo đạc lưới mặt bằng là máy toàn đạc điện tử
TCA1800L, có các chỉ tiêu độ chính xác đo góc 1.0”, độ chính xác đo cạnh m S
= (1+1ppm ) là máy có độ chính xác cao hiện có ở Việt Nam.
Các thiết bị phụ trợ: Máy đo áp kế, nhiệt độ, bộ đàm, ô che nắng …
Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

Trong công tác nội nghiệp sử dụng các phương pháp xử lý, tính toán chặt
chẽ theo các phần mềm xử lý số liệu chuyên ngành.

CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG
TUYẾN ĐẬP THUỶ ĐIỆN BÌNH ĐIỀN
2.1. NHIỆM VỤ KỸ THUẬT QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG
TUYẾN ĐẬP THUỶ ĐIỆN BÌNH ĐIỀN
Nhà máy thủy điện Bình Điền là công trình trọng điểm với đập dâng bằng
kết cấu bê tông đầm lăn.
Mục đích của việc bố trí hệ thống thiết bị quan trắc là để theo dõi trạng
thái làm việc của công trình từ khi bắt đầu thi công và trong quá trình vận hành,
vì vậy công tác quan trắc biến dạng công trình nhằm theo dõi, kiểm tra tính ổn
định các hạng mục công trình các hạng mục công trình là rất cần thiết. Kết quả
quan trắc cung cấp cho cơ quan thiết kế và quản lý vận hành, duy tu bảo dưỡng
công trình, đồng thời các số liệu quan trắc còn có giá trị đặc biệt quan trọng
trong việc đánh giá trạng thái làm việc của đập và nhà máy trong quá trình thi
công cũng như vận hành để có biện pháp kịp thời xử lý những vấn đề phát sinh
và phòng ngừa các sự cố do tính không ổn định của công trình gây ra.
Như vậy những yêu cầu chủ yếu của nhiệm vụ quan trắc biến dạng công
trình gồm:
a, Đối tượng quan trắc

Quan trắc chuyển dịch ngang của đập dâng đập tràn, đập bê tông đầm lăn
b, Số lượng mốc quan trắc
Gồm 11 điểm mốc quan trắc chuyển dịch ngang được bố trí trên đập dâng
và đập tràn theo sơ đồ đưa ra ở hình 2.1
Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

c, Yêu cầu độ chính xác quan trắc
Sai số trung phương xác định chuyển dịch của các mốc quan trắc không
vượt quá giới hạn mQ ≤ 5mm
d, Chu kỳ quan trắc
Mỗi năm quan trắc 2 chu kỳ ở các thời điểm khi mực nước trong hồ đạt
mực nước thấp nhất và cao nhất .
Sơ đồ chi tiết vị trí các mốc:

Hình 2.1: Sơ đồ các mốc quan trắc thủy điện Bình Điền
Trong (Hình 2.1) ta có M1, M2, …. M11 là các điểm quan trắc bố trí trên
tuyến đỉnh đập, 11 điểm quan trắc trên tạo thành hệ thống lưới quan trắc chuyển
dịch công trình thuỷ điện Bình Điền.
1.2. CÔNG TÁC XÂY DỰNG LƯỚI QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG
TẠI CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN BÌNH ĐIỀN
2.2.1. Phương pháp xây dựng lưới quan trắc chuyển dịch ngang
Lưới quan trắc chuyển dịch ngang công trình bao gồm hai bậc lưới:
- Bậc một là lưới khống chế cơ sở, mạng lưới này được thành lập với mục

đích làm cơ sở mặt bằng gốc cho toàn bộ công tác quan trắc. Trong mỗi chu kỳ
quan trắc cần phải tiến hành đo đạc kiểm tra mạng lưới này để đánh giá độ ổn
định của các điểm mốc trong lưới.
- Bậc hai là lưới quan trắc chuyển dịch ngang, các điểm quan trắc được
gắn lên công trình, như vậy chuyển dịch của hệ thống điểm quan trắc sẽ đặc
trưng cho chuyển dịch của công trình.
2.2.2. Xác định độ chính xác của các bậc lưới
Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

Cơ sở để tính toán độ chính xác các bậc lưới trong quan trắc chuyển dịch
công trình là yêu cầu độ chính xác xác định chuyển dịch ngang (mQ), thông
thường giá trị mQ phụ thuộc vào một số yếu tố như điều kiện địa chất nền móng,
đặc điểm kết cấu, chế độ vận hành công trình. Từ yêu cầu độ chính xác xác định
chuyển dịch ngang của tuyến đập (mQ=5 mm) có thể tính toán được yêu cầu độ
chính xác đối với các bậc lưới theo trình tự sau:
2.2.2.1. Xác định sai số trung phương vị trí điểm tổng hợp

mp =

mQ
2

=±

5
= 3.5(mm)
2

(2.1)

2.2.2.2 Xác định sai số các bậc lưới
Sai số tổng hợp của hai bậc lưới được tính theo công thức

m0 = mkc2 + mqt2
Trong đó :

(2.2)

m0 : Sai số tổng hợp của hai bậc lưới.
mkc : Sai số của bậc lưới khống chế.
mqt : Sai số của bậc lưới quan trắc.

Giữa hai bậc lưới khống chế liên tiếp thì sai số của bậc lưới trên chính là
sai số số liệu gốc của bậc lưới dưới. Gọi k là hệ số giảm độ chính xác giữa hai
bậc lưới và (chọn k=2), khi đó sẽ xác định được độ chính xác các cấp lưới:
- Độ chính xác cấp lưới khống chế :
mkc =

m0
1+ k2

=

3.5
1 + 22

= 1.6(mm)
(2.3)

- Độ chính xác cấp lưới quan trắc :

mqt =

k .m0
1+ k

2

=

2 × 3.5
1+ 2

2

= 3.2(mm)
(2.4)

2.2.2.3. Phương pháp ước tính độ chính xác lưới mặt bằng

Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57

Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

Trước khi xây dựng một mạng lưới trắc địa chúng ta phải ước tính độ
chính xác của lưới thiết kế nhằm đánh giá xem mạng lưới có đạt yêu cầu kỹ
thuật hay không, trên cơ sở đó có sự điều chỉnh về đồ hình, máy móc thiết bị cho
hợp lý.
Độ chính xác lưới trắc địa được tính theo công thức:
µ

mF = m F =

1
PF

(2.5)

Trong đó:
µ

: Sai số trung phương trọng số đơn vị đặc trưng cho độ chính xác đo đạc

dự kiến.
1
PF

: Trọng số đảo của yếu tố cần đánh giá độ chính xác (giá trị này chỉ

phụ thuộc vào đồ hình của lưới).
Dựa trên cơ sở công thức trên, ở thực tế sản xuất thường xuất hiện các bài
toán sau:
µ

- Bài toán 1: Ước tính độ chính xác đo cần thiết ( ) trên cơ sở cho trước độ

chính xác trong lưới (mF) và đồ hình lưới (

1
PF

).

- Bài toán 2: Ước tính độ chính xác các yếu tố trong lưới (m F) trên cơ sở cho

µ

trước độ chính xác đo cần thiết ( ) và đồ hình lưới (

1
PF

).

Đối với lưới quan trắc chuyển dịch ngang công trình đập thủy điện Bình
Điền thì yêu cầu độ chính xác (mF) đã được đơn vị thiết kế đề ra trước, đồ hình

Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

lưới (

1
PF

) được xác định. Vì vậy chúng tôi sẽ thực hiện ước tính độ chính xác

lưới theo bài toán 1.
Phương pháp ước tính theo bài toán một là dựa trên nguyên lý của phương
pháp bình sai gián tiếp, lập trình trên máy tính điện tử. Trình tự bài toán được
thực hiện như sau:
- Chọn ẩn là toạ độ các điểm cần xác định. Khi đó ma trận ẩn số với k
điểm được viết.
dX = (äx1 äy1 äx2 äy2….. äxk äyk)T
- Lập ma trận hệ số phương trình số hiệu chỉnh các trị đo, dựa vào đồ hình
lưới và danh sách các trị đo.
V = A.dX + L

(2.6)

- Tính ma trận trọng số P dựa vào sai số đo đạc theo dự kiến.
- Lập ma trận hệ số của hệ phương trình chuẩn (RdX + b = 0)

R = AT.P.A

(2.7)

- Tìm ma trận nghịch đảo Q
Q = R- 1

(2.8)

- Tìm độ chính xác các yếu tố trong lưới dựa vào công thức
µ

mF =

1
PF

(2.9)

So sánh độ chính xác các yếu tố vừa tìm được (m F) với độ chính xác theo
yêu cầu (MF) đặt ra. Nếu mF < MF thì sai số đo đạc dự kiến đạt yêu cầu. Nếu m F
> MF thì sai số đo đạc dự kiến không đạt yêu cầu.
2.3. KẾT CẤU MỐC

2.3.1. Mốc cơ sở
Mốc cơ sở trong quan trắc chuyển dịch ngang thường có hai loại: mốc nổi
và mốc chìm. Nhưng để đảm bảo tính ổn định và thuận lợi cho công tác đo
ngắm, sơ đồ mốc được thiết kế như hình vẽ sau:
Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57
Hình 2.2: Bản vẽ kết cấu mốc cột bê tông


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

Mốc cơ sở được xây dựng tại những vị trí có nền địa chất ổn định, nếu có
đá phải khoan vào đá gốc và xây dựng theo bản vẽ thiết kế để đảm bảo tính
vững chắc, ổn định lâu dài .
- Được xây dựng kiên cố, có hàng rào và được bảo vệ để có thể giữ gìn
mốc lâu dài trong suốt quá trình.
- Trên đỉnh ống thép có hàn mặt bích phẳng để đặt máy, giữa tiện lỗ hình
côn để bắt ốc nối với máy. (Hình 2.3)

Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất

Hình 2.3: Mốc cơ sở
2.3.2. Mốc quan trắc
Mốc kiểm tra có hai loại là mốc gắn nền và mốc gắn tường. Yêu cầu
chung đối với cả hai loai mốc là một đầu gắn chặt với công trình, cùng chuyển
dịch với công trình; đầu còn lại phải có cấu trúc thuận tiện cho việc đặt máy

hoặc bảng ngắm (theo kiểu định tâm bắt buộc).
Hệ thống mốc quan trắc được xây dựng có kết cấu đặc biệt. Căn cứ yêu
cầu độ chính xác ở từng hạng mục công trình cũng như để thuận lợi cho công tác
quan trắc chuyển dịch ngang cơ bản là loại định tâm bắt buộc.
Việc lắp đặt được khoan vào bê tông và hàn nối với cốt thép công trình .

Hồ Văn Việt

Lớp Trắc Địa B – k57