Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu hoàn thiện phương pháp xây dựng lưới khống chế mặt bằng bảo đảm thi công công trình thuỷ điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN HÀ

NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG
LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG BẢO ĐẢM THI CÔNG
CÁC CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN HÀ

NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG
LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG BẢO ĐẢM THI CÔNG
CÁC CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ
MÃ SỐ: 9520503

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS TRẦN KHÁNH

HÀ NỘI - 2018


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong
bất cứ một công trình nào khác.

Tác giả luận án

Nguyễn Hà


ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. i
MỤC LỤC ............................................................................................................................ ii
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ............................................................................................ vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................................................................viii
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ THI
CÔNG THUỶ ĐIỆN............................................................................................................ 6
1.1. Đặc điểm cấu trúc công trình thủy điện .................................................................... 6
1.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với lưới khống chế mặt bằng thi công thuỷ điện .............. 11
1.3. Thiết bị trắc địa để thực hiện đo đạc trong thi công thuỷ điện ............................. 14
1.4. Tổng quan về tình hình nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn xây dựng lưới khống
chế thi công thủy điện ....................................................................................................... 15

1.5. Đánh giá chung về công tác xây dựng lưới khống chế mặt bằng thi công thuỷ
điện và hướng nghiên cứu trong luận án ...................................................................... 222
Chương 2. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ THIẾT KẾ LƯỚI
KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG THI CÔNG THUỶ ĐIỆN ................................................ 24
2.1. Yêu cầu chung đối với lưới khống chế mặt bằng thi công thuỷ điện .................. 24
2.2. Xác lập hệ quy chiếu đối với mạng lưới mặt bằng thi công thủy điện ............... 30
2.3. Phân tích các phương pháp thành lập lưới khống chế mặt bằng ......................... 35
2.4. Khảo sát một số dạng đồ hình đặc trưng của lưới thi công thuỷ điện ................. 39
2.5. Ước tính độ chính xác lưới mặt bằng thi công thủy điện ..................................... 46
2.6. Tối ưu hoá bản thiết kế lưới ..................................................................................... 49
2.7. Kết luận chương 2 ...................................................................................................... 53
Chương 3. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TÍNH TOÁN XỬ LÝ SỐ LIỆU LƯỚI MẶT
BẰNG THI CÔNG THỦY ĐIỆN .................................................................................... 54
3.1. Yêu cầu chung đối với công tác xử lý số liệu lưới khống chế thi công thuỷ
điện ...................................................................................................................................... 54


iii

3.2. Khảo sát ứng dụng phương pháp bình sai tự do để xử lý số liệu lưới khống chế
thi công thủy điện .............................................................................................................. 55
3.3. Bình sai lưới thi công thành lập bằng phương pháp đo đạc mặt đất ................... 60
3.4. Bình sai lưới thi công thành lập bằng phương pháp GPS ..................................... 64
3.5. Tính chuyển tọa độ GPS về hệ tọa độ công trình .................................................. 67
3.6. Kết luận chương 3 ...................................................................................................... 70
Chương 4. THỰC NGHIỆM THIẾT KẾ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU LƯỚI MẶT BẰNG
THI CÔNG THUỶ ĐIỆN ................................................................................................. 71
4.1. Nội dung thực nghiệm ............................................................................................... 71
4.2. Thực nghiệm xác lập hệ tọa độ công trình ............................................................. 72
4.3. Thực nghiệm thiết kế lưới thi công thủy điện thành lập bằng phương pháp đo đạc

mặt đất................................................................................................................................. 77
4.4. Thực nghiệm tính toán thiết kế lưới thi công thủy điện thành lập bằng phương
pháp kết hợp GPS- mặt đất............................................................................................... 81
4.5. Thực nghiệm tối ưu hóa bản thiết kế lưới ............................................................... 83
4.6. Thực nghiệm bình sai lưới mặt đất .......................................................................... 86
4.7. Thực nghiệm xử lý số liệu lưới thi công thủy điện thành lập bằng phương pháp
GPS ..................................................................................................................................... 89
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................... 95
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN
QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN .............................................................................. 97
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 98
PHỤ LỤC ......................................................................................................................... 102
Phụ lục 1. Kết quả tính toán thiết kế lưới mặt bằng công trình thủy điện Sơn La (Phương
án có đo cạnh biên) ........................................................................................................... 103
Phụ lục 2. Kết quả tính toán thiết kế lưới mặt bằng công trình thủy điện Sơn La (Phương
án không đo cạnh biên) .................................................................................................... 108
Phụ lục 3. Ước tính độ chính xác lưới kết hợp GPS- mặt đất ....................................... 112


iv

DANH MỤC CÁC BẢNG
STT

Tên bảng

Nội dung
Phân cấp công trình thuỷ điện

Trang

1

Bảng 1.1

2

Bảng 1.2

3

Bảng 1.3

Thiết bị đo đạc điện tử mặt đất

14

4

Bảng 1.4

Thiết bị đo đạc vệ tinh

15

5

Bảng 2.1

6

Bảng 2.2

7

Bảng 2.3

8

Bảng 2.4

9

Bảng 2.5

10

Bảng 4.1

11

Bảng 4.2

Các tham số lưới( phương án 1)

73

12

Bảng 4.3

Kết quả tính chuyển tọa độ (pa 1)

74

13

Bảng 4.4

14

Bảng 4.5

15

Bảng 4.6

Quy định độ chính xác bố trí công trình thủy
điện

Yêu cầu độ chính xác đối với lưới thi công thủy
điện
Sự phụ thuộc giữa số cải chính chiều dài cạnh
và hoành độ trung bình cạnh đo
Kết quả tính số cải chính chiều dài cạnh
Kết quả tính sai số hướng ngang điểm đào
thông
Quan hệ giữa sai số điểm cuối và số lượng, sai
số phương vị đo
Thống kê tọa độ và độ cao các mốc tam giác

thuỷ công

Kết quả tọa độ tính chuyển về kinh tuyến trung
bình
Kết quả tọa độ tính chuyển lên mặt phẳng trung
bình
So sánh chiều dài cạnh giữa 2 phương án chọn
hệ tọa độ

11
13

25

32
35
43

45

73

75

75

76


v

So sánh chiều dài cạnh với kết quả đo trực tiếp

16

Bảng 4.7

17

Bảng 4.8

Thông số lưới

79

18

Bảng 4.9

Kết quả ước tính sai số vị trí điểm

80

19

Bảng 4.10

Tham số đặc trưng độ chính xác lưới

80

20

Bảng 4.11

Thông số lưới thi công thủy điện Sông Ba Hạ

82

21

Bảng 4.12

Kết quả ước tính sai số vị trí điểm

82

22

Bảng 4.13

23

Bảng 4.14

Thông số của mạng lưới

86

24

Bảng 4.15

Tọa độ các điểm khởi tính chuẩn

86

25

Bảng 4.16

Kết quả đo góc hi)

87

26

Bảng 4.17

Kết quả đo cạnh

87

27

Bảng 4.18

Kết quả tọa độ bình sai

88

28

Bảng 4.19

Tham số đặc trưng của lưới

88

29

Bảng 4.20

30

Bảng 4.21

Tính toán độ lệch tọa độ điểm khởi tính ểt)

90

31

Bảng 4.22

Tọa độ bình sai điều chỉnh

91

32

Bảng 4.23

33

Bảng 4.24

34

Bảng 4.25

bảng máy TĐĐT

Kết quả thực nghiệm thiết kế tối ưu theo độ
chính xác

Kết quả bình sai trong hệ tọa độ phẳng ở chế
độ FIX 1 điểm gốc tế)

Tính chuyển tọa độ qua múi chiếu và dâng lên
độ cao trung bình
Tọa độ các điểm song trùng
Kết quả tọa độ tính chuyển về hệ tọa độ công
trình

77

84

90

92
93
93


vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
STT

Tên hình vẽ

Nội dung

1

Hình 1.1

2

Hình 1.2

3

Hình 1.3

Tuyến đập và hồ chứa công trình thuỷ điện

9

4

Hình 1.4

Đường hầm dẫn nước

9

5

Hình 1.5

Đường ống áp lực

9

6

Hình 1.6

Nhà máy thủy điện

10

7

Hình 1.7

8

Hình 1.8

9

Hình 1.9

Mặt bằng công trình thuỷ điện sau đập
Sơ đồ mặt bằng phân bố công trình thủy điện
dạng đường dẫn

Thiết bị đo đạc điện tử ứng dụng trong thi công
lưới (a,b,c)
Hình ảnh mốc lưới thi công tại một số công trình
thủy điện (a,b)
Lưới khống chế thi công tại công trình thủy điện
(a,b)

Trang
7
7

16

18

18

Lưới khống chế thi đường hầm tại dự án
10

Hình 1.10

11

Hình 1.11

Lưới khống chế thi công thủy điện Sơn La

20

12

Hình 1.12

Lưới khống chế thi công thủy điện A Lưới

21

13

Hình 1.13

Sơ đồ lưới thi công-Thủy điện Sông Ba Hạ

22

14

Hình 2.1

Sơ đồ lưới thi công tuyến đập

28

15

Hình 2.2

Sơ đồ lưới thi công tuyến năng lượng

28

16

Hình 2.3

Sơ đồ lưới thi công khu vực nhà máy

29

17

Hình 2.4

Bản vẽ thiết kế mốc tam giác thủy công

29

18

Hình 2.5

Chiếu cạnh đo lên mặt phẳng tọa độ

30

Trerpukhop

19


vii

19

Hình 2.6

Sơ đồ lưới đa giác thực nghiệm

34

20

Hình 2.7

Sơ đồ lưới GPS

37

21

Hình 2.8

Sơ đồ một mạng lưới kết hợp GPS- Mặt đất

38

22

Hình 2.9

Sơ đồ lưới tứ giác không đo cạnh biên

39

23

Hình 2.10

Sơ đồ hệ thống lưới thi công hầm

40

24

Hình 2.11

Sơ đồ lưới đường chuyền trong hầm

41

25

Hình 2.12

Sơ đồ đường chuyền đo phương vị

42

26

Hình 2.13

27

Hình 2.14

28

Hình 2.15

29

Hình 2.16

Sơ đồ tính toán thiết kế tối ưu độ chính xác

52

30

Hình 3.1

Mối quan hệ giữa 2 hệ tọa độ phẳng

61

31

Hình 3.2

Định vị lưới mặt bằng tự do

62

32

Hình 3.3

33

Hình 4.1

34

Hình 4.2

35

Hình 4.3

36

Hình 4.4

Sơ đồ lưới thi công-Thủy điện Sông Ba Hạ

81

37

Hình 4.5

Sơ đồ lưới thi công thủy điện Sơn La

83

38

Hình 4.6

Sơ đồ lưới thi công thủy điện A lưới

89

Sơ đồ đường chuyền dẫn nước thủy điện Thượng
Kon Tum
Đường chuyền trong hầm có đo thêm phương vị
cạnh

Biểu đồ quan hệ giữa sai số điểm cuối và số
lượng phương vị đo

Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập lưới bằng
công nghệ GPS
Lưới khống chế thi công thủy điện Thượng Kon
Tum
Toàn cảnh nhà máy thủy điện Sơn La
Sơ đồ lưới thi công thủy điện Sơn La (2 phương
án a, b)

43

44

45

65

72
78
78


viii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT Chữ viết tắt

Ý nghĩa

1

TĐĐT

Toàn đạc điện tử

2

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

3

GPS

Global Positioning System (hệ thống định vị toàn cầu)

4

GNSS

5

TBC

Global Navigation Satellite System (hệ thống vệ tinh
dẫn đường toàn cầu)
Trimble Business Center (phần mềm của Trimble)

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Thuỷ điện là nguồn tài nguyên năng lượng lớn, ở nước ta nguồn năng
lượng này đã và đang được tập trung khai thác trên quy mô rộng khắp. Hiện
nay, ở Việt Nam có hơn 500 công trình thuỷ điện lớn nhỏ đã và đang được xây
dựng. Điển hình là những công trình thuỷ điện như: Hoà Bình, Sơn La, Yaly,
Sông Hinh, Trị An, thuỷ điện Tuyên Quang…Hoạt động của các nhà thủy điện
đã góp phần quan trọng trong việc phát triển hệ thống năng lượng cũng như
duy trì độ ổn định và tin cậy của hệ thống điện quốc gia. Ngoài ra, các công
trình thủy điện còn có tác dụng cải tạo môi trường, phục vụ du lịch… Tuy
nhiên, nếu các công trình thủy điện không được xây dựng theo một quy trình
nghiêm ngặt, việc khảo sát về địa hình, địa chất thủy văn không được chính
xác, chất lượng xây dựng công trình kém … có thể dẫn đến hậu quả tiêu cực,
gây thiệt hại về người và của cải cho một vùng rộng lớn. Ở Việt Nam, tuy chưa
có những thảm họa liên quan tới thủy điện nhưng các hiện tượng lún, sụt biến
dạng các công trình thủy điện cũng đã gây nhiều tốn kém trong công tác xử lý
như đập thủy điện Sông Tranh 2 hiện nay, gây tâm lý hoang mang lo ngại trong
việc quản lý, sử dụng các công trình thủy điện…
Lưới khống chế thi công công trình thủy điện được thành lập trong giai
đoạn xây dựng công trình và là cơ sở trắc địa cho công tác bố trí tổng thể, bố
trí chi tiết và đo vẽ hoàn công công trình. Yêu cầu độ chính xác và đồ hình lưới
được tính toán, lựa chọn trên cơ sở đáp ứng các chỉ tiêu của công tác bố trí công
trình và đo vẽ hoàn công. Thông thường, lưới thi công công trình là hệ thống
lưới nhiều bậc, yêu cầu độ chính xác đối với mỗi bậc lưới tăng dần và phải
được thành lập trong cùng hệ tọa độ, độ cao thống nhất đã được lựa chọn đối
với từng công trình.

2

Lưới khống chế thi công thủy điện có vai trò quan trong trong quá trình
thi công xây dựng công trình, mạng lưới này cần được xây dựng tuân theo một
quy trình kỹ thuật nghiêm ngặt. Tất cả các bậc lưới thi công cần phải được tính
tọa độ (độ cao) trong một hệ thống thống nhất, được lựa chọn trong giai đoạn
khảo sát công trình. Hiện nay, ở Việt nam các mạng lưới thi công thủy điện đều
được đo nối với hệ thống tọa độ Quốc gia (HN-72 hoặc VN-2000). Về mặt hình
học, lưới khống chế thi công thủy điện cần được xây dựng sao cho kích thước
của lưới ít bị biến dạng nhất so với thực địa, đồng thời lưới được định vị trong
cùng hệ tọa độ đã được sử dụng để thiết kế công trình.
Việc nghiên cứu một số giải pháp nâng cao hiệu quả và hoàn thiện quy
trình thành lập lưới khống chế thi công công trình thủy điện có ý nghĩa trong
giai đoạn hiện nay, nhất là khi nhiều dự án thủy điện ở nước ta đang được triển
khai xây dựng một cách rộng rãi.
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm góp phần phát triển và hoàn
thiện phương pháp xây dựng lưới khống chế mặt bằng đảm bảo thi công các
công trình thủy điện.
- Đối tượng nghiên cứu là phương pháp thiết kế và xử lý số liệu các dạng
lưới khống chế mặt bằng thi công thủy điện ở Việt Nam.
- Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm: Nghiên cứu các phương
pháp xây dựng lưới khống chế mặt bằng nhằm nâng cao chất lượng và đảm bảo
hiệu quả thi công các công trình thủy điện.
3. Nội dung nghiên cứu
1- Nghiên cứu lựa chọn hệ quy chiếu phù hợp với đặc điểm cấu trúc và
yêu cầu bố trí các công trình thuỷ điện ở Việt Nam.
2- Nghiên cứu thiết kế lưới mặt bằng thi công thủy điện với các nội dung:

3

Khảo sát đồ hình lưới phù hợp với các hạng mục công trình thủy điện, tối ưu
hóa bản thiết kế lưới.
3- Nghiên cứu quy trình và phương pháp xử lý số liệu lưới khống chế
thi công mặt bằng thành lập bằng công nghệ đo đạc mặt đất, công nghệ GNSS
và lưới kết hợp GPS- mặt đất.
4. 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 về thành lập lưới khống
chế thi công thủy điện, khảo sát một số đồ hình phù hợp với cấu trúc công
trình thủy điện, thành lập thuật toán xử lý số liệu đo đạc ngoại nghiệp.
- Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành các thực nghiệm với các công
trình ở thực tế để chứng minh lý thuyết, khẳng định tính đúng đắn, khả thi và
đi đến kết luận.
- Phương pháp so sánh: Đối chiếu với các kết quả nghiên cứu khác hoặc
các nội dung liên quan để so sánh, đánh giá, đưa ra giải pháp phù hợp.
- Phương pháp toán học: Tập hợp các quy luật, định lý toán học để chứng
minh các công thức phục vụ cho việc tính toán và lập chương trình máy tính.
- Phương pháp ứng dụng tin học: Xây dựng thuật toán xử lý số liệu với
định hướng lập chương trình tính toán trên máy tính.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học: Góp phần hoàn thiện lý thuyết và quy trình thành lập
lưới khống chế mặt bằng đảm bảo thi công các công trình thủy điện, hỗ trợ công
tác giảng dạy và nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực trắc địa công trình.
Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng để xây
dựng lưới khống chế mặt bằng đảm bảo thi công các công trình thủy điện ở

thực tế sản xuất.


4

6. Các luận điểm bảo vệ
- Luận điểm thứ nhất: Cần phải lựa chọn hệ tọa độ và độ cao mặt chiếu
phù hợp với lưới thi công thủy điện được thành lập trong các hệ quy chiếu
khác nhau để đảm bảo kích thước lưới ít biến dạng nhất so với thực địa.
- Luận điểm thứ hai: Cần áp dụng các giải pháp nâng cao hiệu quả thiết
kế lưới thi công thủy điện: áp dụng một số đồ hình và công nghệ đo đạc phù
hợp với đặc điểm các hạng mục công trình, sử dụng thuật toán thích hợp trong
tính toán thiết kế và xác định phương án tối ưu thành lập lưới.
- Luận điểm thứ ba: Cần xây dựng hệ thống thuật toán và quy trình xử lý
số liệu hợp lý đối với các dạng lưới khống chế thi công thủy điện.
7. Các điểm mới của luận án
1. Đề xuất phương án mới xác lập hệ tọa độ và độ cao mặt chiếu đối với
lưới mặt bằng thi công thủy điện thành lập trong hệ quy chiếu VN-2000.
2. Đề xuất áp dụng lưới tứ giác không cạnh biên, đường chuyền đo bổ
sung phương vị cạnh trong thành lập lưới khống chế thi công thủy điện. Sử
dụng thuật toán truy hồi trong quá trình tính toán thiết kế lưới.
3. Áp dụng phương pháp bình sai lưới trắc địa tự do để xử lý số liệu lưới
khống chế thi công thủy điện. Đề xuất thuật toán và quy trình xử lý số liệu
lưới thi công thành lập bằng phương pháp định vị vệ tinh (GNSS).
8. Cấu trúc và nội dung luận án
Cấu trúc luận án gồm ba phần:
Phần mở đầu: Giới thiệu tổng quan về luận án, tính cấp thiết, mục đích,
ý nghĩa, phương pháp, nội dung nghiên cứu của luận án, đồng thời đưa ra các
luận điểm bảo vệ và điểm mới của luận án.
Phần nội dung nghiên cứu chính được trình bày trong 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về công tác thành lập lưới khống chế thi công thủy
điện.


5

Chương 2: Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả thiết kế lưới khống
chế mặt bằng thi công thủy điện.
Chương 3: Nghiên cứu giải pháp tính toán xử lý số liệu lưới khống chế
mặt bằng thi công thủy điện.
Chương 4: Thực nghiệm thiết kế và xử lý số liệu lưới khống chế mặt
bằng thi công thủy điện.
Phần kết luận: Tổng hợp lại những vấn đề nghiên cứu trong luận án, đưa
ra những nhận xét, đánh giá các giải pháp nâng cao hiệu quả của công tác thành
lập lưới khống chế mặt bằng thi công các công trình thủy điện cũng như định
hướng cho phát triển trong tương lai.
9. Lời cảm ơn
Trước hết, nghiên cứu sinh xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và
sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học PGS.TS Trần Khánh đã tận tình hướng
dẫn, giúp đỡ và cho nhiều chỉ dẫn khoa học có giá trị giúp nghiên cứu sinh hoàn
thành các nội dung của luận án.
Nghiên cứu sinh xin cảm ơn các thầy, cô trong Khoa Trắc địa – Bản đồ
và Quản lý đất đai Trường Đại học Mỏ -Địa chất, các đồng nghiệp trong ngành
Trắc địa và đặc biệt là các Thầy, Cô trong Bộ môn Trắc địa công trình đã giúp
đỡ và có những ý kiến đóng góp quý báu cho tác giả hoàn thiện nội dung của
luận án.
Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn tất cả những sự giúp đỡ quý báu
đó.

6

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THÀNH LẬP
LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG THUỶ ĐIỆN
1.1. Đặc điểm cấu trúc công trình thủy điện
1.1.1. Phân loại công trình thuỷ điện
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, 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, thời gian chuẩn bị và thi công
kéo dài nhiều năm với rất nhiều hạng mục có kết cấu phức tạp, đa dạng. 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 công trình thuỷ điện 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 ngoài chức năng phát điện còn có thể kết hợp
với việc điều tiết nguồn nước để đáp ứng các nhu cầu đa dạng của nền kinh tế
quốc dân.
Phụ thuộc vào vị trí tương quan giữa nhà máy phát điện và tuyến đập
chính, các công trình thủy điện được chia thành 2 loại là thủy điện sau đập và
đường dẫn. Đối với thủy điện sau đập, các hạng mục chủ yếu của công trình
được bố trí gần nhau tạo thành cụm đầu mối (thủy điện Hòa Bình, Sơn La, Lai
Châu…). Đối với thủy điện đường dẫn, nước trong hồ chứa được đưa xuống
nhà máy thông qua tuyến đường hầm hoặc kênh dẫn, vì vậy các hạng mục công
trình của loại thủy điện này thường phân bố cách xa nhau (thủy điện Yaly, Huội
Quảng…).

7

Trên hình 1.1 đưa ra bản vẽ tổng thể mặt bằng của một công trình thủy
điện sau đập, trên hình 1.2 đưa ra bản vẽ mặt bằng của thủy điện đường dẫn.

Hình 1.1. Mặt bằng công trình thuỷ điện sau đập

Hình 1.2. Sơ đồ mặt bằng phân bố công trình thuỷ điện đường dẫn
1.1.2. Các hạng mục chủ yếu của công trình thuỷ điện
1.1.2.1. Tuyến áp lực và hồ chứa nước
Đập dâng gồm nhiều loại được thiết kế có kết cấu khác nhau tuỳ theo
từng điều kiện cụ thể của công trình, bao gồm:


8

- Đập đất: Vật liệu đắp đập là đất (sét, cát, cuội sỏi). Đập đất có cấu tạo
đơn giản, vững chắc, có khả năng thi công cơ giới hoá cao và rẻ tiền. Phía
thượng lưu của đập là hồ chứa nên có sóng tác động, sẽ làm hư hỏng mái dốc
thượng lưu. Ở Việt nam loại đập đất được xây dựng tại công trình thủy điện
Sông Ba Hạ, Sông Hinh .. .
- 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. Ở Việt nam loại
đập đất đá được xây dựng tại công trình thủy điện Hòa Bình, Yaly,.. .
- 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 đập. Ở Việt nam loại đập bê tông được xây dựng tại
công trình thủy điện Sơn La, Lai châu…
Đập tràn thường có kết cấu bê tông, có tác dụng xả nước khi cần thiết để

điều tiết lượng nước trong hồ chứa, số lương khoang tràn được tính toán, thiết
kế phù hợp với từng công trình cụ thể.
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. 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.
- 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.
Trên hình 1.3 đưa ra ví dụ về hình ảnh của tuyến đập và hồ chứa công
trình thủy điện.


9

Hình 1.3. Tuyến đập và hồ chứa công trình thuỷ điện
1.1.2.2. Tuyến năng lượng
Tuyến năng lượng bao gồm các hạng mục: cửa nhận nước, đường hầm
hoặc kênh dẫn, tháp điều áp và đường ống áp lực. Tuyến năng lượng có chức
năng dẫn nước từ hồ chứa đến các tuốc bin phát điện, thông thường các hạng
mục công trình tuyến năng lượng có kết cấu bằng vật liệu bê tông, riêng đường
ống áp lực có kết cấu thép. Trên hình 1.4 đưa ra hình ảnh của đường hầm dẫn
nước, hình 1.5 đưa ra hình ảnh tháp điều áp, đường ống áp lực và gian máy của
công trình thủy điện dạng sau đập.

Hình 1.4. Đường hầm dẫn nước

Hình 1.5. Đường ống áp lực

10

1.1.2.3. Nhà máy phát điện
Về kiểu nhà máy thuỷ điện, thông thường có hai loại nhà máy thuỷ điện
hở (Sơn la, Lai Châu), và nhà máy thuỷ điện ngầm (Hòa Bình, Yaly). Trên hình
1.6 đưa ra hình ảnh của gian máy và các tổ máy phát thủy điện.

Hình 1.6. Nhà máy thủy điện
1.1.3. Nhận xét về đặc điểm cấu trúc của công trình thuỷ điện
Qua thực tế tìm hiểu các công trình thủy điện Việt Nam có thể nhận thấy
những đặc điểm cấu trúc nổi bật như sau:
- Tổ hợp đầu mối thủy điện là những công trình có quy mô lớn bao gồm
nhiều hạng mục có đặc điểm kết cấu phức tạp và đa dạng.
- Khu vực xây dựng thủy điện thường là vùng núi có địa hình phức tạp,
không thuận lợi cho việc thi công xây dựng, trong đó bao gồm cả công tác trắc
địa.
- Các hạng mục công trình thủy điện được phân bố ở các độ cao khác
nhau, chênh lệch độ cao giữa nhà máy và đỉnh tuyến đập có thể dao động trong
khoảng từ hàng chục đến hàng nghìn mét.


11

- Các hạng mục công trình thủy điện như tuyến đập, tuyến áp lực, nhà
máy có mối liên kết hình học rất chặt chẽ, công tác bố trí tim tuyến công trình
đòi hỏi phải được thực hiện với yêu cầu độ chính xác rất cao.
1.1.4. Phân cấp công trình thuỷ điện
Ở nước ta các công trình thủy điện được phân cấp dựa vào công suất của
nhà máy phát điện, cụ thể là được phân theo 5 cấp như đưa ra trong bảng 1.1.

Tổng công ty điện lực Việt Nam đã dựa trên phân cấp công trình thủy điện đề
xác định cấp hạng cụ thể đối với lưới khống chế thi công thủy điện.
Bảng 1.1. Phân cấp công trình thuỷ điện
Cấp thiết kế của công

Công suất nhà máy điện Cấp hạng lưới tam giác

trình

(MW)

thuỷ công

I

≥300

I

II

50÷300

II

III÷IV÷V

<50

III

1.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với lưới khống chế mặt bằng thi công thuỷ điện
1.2.1. Phương pháp thành lập lưới
Lưới khống chế mặt bằng thi công thủy điện có thể được thành lập bằng
công nghệ đo đạc mặt đất (sử dụng máy kinh vĩ, máy toàn đạc điện tử,) và công
nghệ đo đạc vệ tinh (sử dụng các máy thu tín hiệu vệ tinh).
1.2.1.1. Phương pháp mặt đất
Đo đạc mặt đất là phương pháp truyền thống, sử dụng các thiết bị đo
ngắm trực tiếp trên mặt đất. Lưới được thành lập chủ yếu bằng các phương
pháp: lưới tam giác (đo góc, đo cạnh, đo góc-cạnh), lưới đa giác. Độ chính xác
của lưới và hình dạng lưới phụ thuộc vào các đặc điểm tự nhiên và yêu cầu độ
chính xác của từng hạng mục công trình.


12

1) Lưới tam giác đo góc
Tam giác đo góc là dạng lưới được dùng chủ yếu trong thời gian các
phương tiện đo dài chưa được phổ biến và sử dụng rộng rãi. Lưới tam giác đo
góc sử dụng một số cạnh đo có độ chính xác cao làm cạnh gốc để phát triển
lưới tam giác dạng hình chuỗi tam giác hay đa giác trung tâm. Đồ hình được
quy định rất nghiêm ngặt về hình dạng và độ lớn của các góc theo yêu cầu quy
phạm. Với sự phát triển và phổ cập sâu rộng của máy toàn đạc điện tử thì hiện
nay dạng lưới này không còn được áp dụng trong thành lập lưới khống chế.
2) Lưới tam giác đo cạnh
Lưới tam giác đo cạnh được xây dựng theo dạng đồ hình chuỗi tam giác
đơn, lưới tứ giác trắc địa hay lưới đa giác trung tâm đo tất cả các cạnh. Ưu điểm
nổi bật của phương pháp này là tránh được ảnh hưởng của chiết quang ngang
như lưới tam giác đo góc, thời gian đo mỗi cạnh trong lưới ngắn nên tốc độ thi
công nhanh hơn nhiều so với phương pháp đo góc. Nhược điểm của phương

pháp là số trị đo thừa trong mạng lưới ít, dẫn đến đồ hình lưới không được chặt
chẽ như đối với lưới đo góc.
3) Lưới tam giác đo góc-cạnh
Là dạng lưới có tính ưu việt nhất, kế thừa được các ưu điểm và khắc
phục một phần nhược điểm của hai phương pháp tam giác đo góc và tam giác
đo cạnh. Với sự tiến bộ của công nghệ đo dài điện tử, dạng lưới đo góc- cạnh
được sử dụng nhiều trong thực tế sản xuất.
4) Lưới đa giác
Lưới đa giác được xây dựng dưới dạng tuyến đường khép kín hoặc lưới
có điểm nút. Ưu điểm của phương pháp đa giác là các điểm lưới có thể bố trí
linh hoạt do không đòi hỏi tầm thông hướng nhiều như lưới tam giác. Nhược
điểm của phương pháp là nếu cùng một độ dài như mạng lưới tam giác thì các


13

điểm khống chế theo phương pháp đa giác có độ chính xác kém hơn do ít trị đo
thừa.
1.2.1.2. Phương pháp GPS
Ứng dụng GPS để thành lập lưới khống chế trắc địa chủ yếu dùng
phương pháp định vị tương đối. Ưu điểm nổi bật của phương pháp là có thể thu
tín hiệu ở mọi nơi, mọi lúc, không phụ thuộc vào thời tiết và cũng không đòi
hỏi sự thông hướng giữa các điểm mặt đất. Thời gian thi công nhanh do có thể
sử dụng nhiều máy trong quá trình thi công.
1.2.2. Yêu cầu độ chính xác bố trí các hạng mục công trình thuỷ điện
Tổng công ty điện lực Việt Nam đã đề ra yêu cầu độ chính xác bố trí các
hạng mục của công trình thủy điện như được đưa ra trong bảng 1.2.[15]. Số liệu
trong bảng 1.3 là cơ sở để xác định yêu cầu độ chính xác đối với lưới thi công.
Bảng 1.2. Quy định độ chính xác bố trí công trình thủy điện
Sai số bố trí (cm)

Sai số vị trí

Chiều dọc Chiều ngang

điểm (cm)

Hạng mục công trình
Công trình cấp I, II
1. Đập dâng, tràn

2

2

2.8

2. Tuyến năng lượng

5

5

7.1

3. Trục các tổ máy

5

5

7.1

1. Đập, tràn

5

5

7.1

2. Kênh, tuyến năng lượng

7

7

9.9

3. Nhà máy

5

5

7.1

Công trình cấp III, IV, V

14

1.3. Thiết bị trắc địa để thực hiện đo đạc trong thi công thuỷ điện
Hiện nay ở Việt Nam cũng như trên thế giới, lưới thi công thủy điện được
thành lập bằng 2 phương pháp chủ yếu là phương pháp đo đạc mặt đất và
phương pháp định vị vệ tinh với các thiết bị đo là máy toàn đạc điện tử và máy
thu GPS.
1.3.1. Thiết bị đo lưới mặt đất
Toàn đạc điện tử là loại máy trắc địa đa chức năng, cho phép đo trực tiếp
các yếu tố: góc ngang, góc thiên đỉnh và khoảng cách. Trong trắc địa công trình
chủ yếu sử dụng các loại máy với độ chính xác đo góc không vượt quá 2" và
sai số đo khoảng cách cỡ mm.
Bảng 1.3. Thiết bị đo đạc điện tử mặt đất
Khoảng
Loại máy

TC – 2003

TC – 1700

DTM – 760

GTS – 601/FA

Hãng SX
nước chế tạo

cách hoạt

Sai số đo dài

động (Km)

Leica
Thụy sỹ

±( 1mm + 1ppm)

0.5”

2.5

±( 2mm + 2ppm)

1.5”

2.4

±( 2mm + 2ppm)

1”

3

±( 2mm + 2ppm)

1”

2.5

±(2mm+ 2ppm)

15”

2.5

±(2mm+ 2ppm)

3”

Nikkon
Nhật bản
Topkon
Nhật bản

Sokkia
GYRO X II

Nhật bản

Gyromat

Leica

3000

Thụy sỹ

đo góc

2.5

Leica
Thụy sỹ

Sai số


15

1.3.2. Máy định vị vệ tinh
Các hãng sản xuất máy trắc địa trên thế giới đã chế tạo và đưa ra thương
mại nhiều loại máy thu vệ tinh độ chính xác cao, trong bảng 1.4 trình bày một
số loại thiết bị thu vệ tinh đang được sử dụng nhiều ở Việt Nam.
Bảng 1.4. Thiết bị đo đạc vệ tinh

Loại máy

Hãng

Sai số

Tầm hoạt

Loại

sản xuất

khoảng cách

động (Km)

máy thu

5mm+1ppm

10

5mm+0.5ppm

10

5mm+0.5ppm

10

GPS

Trimble

4600LS

Mỹ

GPS

Trimble

4800LS

Mỹ

GPS

Trimble

5700LS

Mỹ

GPS R7

Viva GS10

Trimble
Mỹ
Leica
Thụy sỹ

5mm+0.5ppm

10

3mm+0.5ppm

10

1 tần
L1
2 tần

L1, L2
2 tần
L1, L2
3 tần
L1, L2, L2C
3 tần
L1, L2, L5

1.4. Tổng quan về tình hình nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn xây dựng
lưới khống chế thi công thủy điện
1.4.1. Tình hình nghiên cứu lý thuyết
1.4.1.1. Các công trình nghiên cứu ở nước ngoài
Công tác trắc địa phục vụ xây dựng tại đầu mối thủy điện nói chung,
thành lập lưới thi công nói riêng có ý nghĩa rất quan trọng để bảo đảm liên kết
chính xác của các hạng mục công trình thủy điện. Vì vậy việc thành lập lưới