Ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi thủy điện
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.76 MB, 127 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT
BÙI NGỌC AN
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VỆ TINH
TRONG QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG
CƠNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT
BÙI NGỌC AN
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VỆ TINH
TRONG QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG
CƠNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN
NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ
MÃ SỐ: 60.52.05.03
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS Trần Khánh
HÀ NỘI - 2015
1
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu và kết quả trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố trong bất
cứ cơng trình nào khác.
Hà Nội, ngày.....tháng.....năm.....
Tác giả luận văn
Bùi Ngọc An
2
MỤC LỤC
Tên mục
Trang
LỜI CAM ĐOAN..................................................................................
1
MỤC LỤC.............................................................................................
2
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT....................................................
5
DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................
6
DANH MỤC CÁC HÌNH.....................................................................
7
MỞ ĐẦU...............................................................................................
8
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CƠNG TÁC QUAN TRẮC CHUYỂN
DỊCH NGANG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN...............
1.1 Đặc điểm kết cấu và u cầu quan trắc chuyển dịch ngang
cơng trình thủy lợi – thủy điện..............................................................
1.2 Đánh giá thực trạng công tác quan trắc chuyển dịch ngang
cơng trình thủy lợi – thủy điện ở Việt Nam và trên thế giới.................
1.3 Hệ thống định vị vệ tinh và khả năng ứng dụng để quan trắc
chuyển dịch ngang cơng trình................................................................
1.4 Giới thiệu một số cơng trình quan trắc biến dạng bằng cơng
nghệ định vị vệ tinh...............................................................................
12
12
22
25
35
Chương 2. KHẢO SÁT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VỆ
TINH TRONG THÀNH LẬP LƯỚI QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH
37
NGANG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN..........................
2.1 Thiết kế lưới trắc địa mặt bằng trong quan trắc chuyển dịch
ngang cơng trình thủy lợi – thủy điện....................................................
37
3
2.2 Khảo sát phương pháp thành lập lưới định vị vệ tinh cho mục
đích quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình thủy lợi – thủy điện........
2.3 Khảo sát phương pháp thành lập lưới kết hợp trị đo mặt đất và
trị đo định vị vệ tinh..............................................................................
2.4 Đặc điểm ước tính độ chính xác lưới định vị vệ tinh cạnh ngắn
và lưới kết hợp trị đo mặt đất và trị đo định vị vệ tinh..........................
43
47
50
2.5 Phân tích, so sánh việc thành lập lưới quan trắc chuyển dịch
ngang theo các phương pháp khác nhau tại cơng trình thủy điện Hịa
57
bình........................................................................................................
Chương 3. U CẦU KỸ THUẬT VÀ CÔNG TÁC ĐO ĐẠC, XỬ
LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG BẰNG
61
CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VỆ TINH.......................................................
3.1 Những yêu cầu kỹ thuật trong đo đạc định vị vệ tinh cho mục
đích quan trắc chuyển dịch ngang.........................................................
3.2 Quy trình xử lý số liệu lưới trắc địa đo đạc bằng cơng nghệ
định vị vệ tinh........................................................................................
3.3 Quy trình phân tích độ ổn định các mốc cơ sở trong mạng lưới
thành lập bằng phương pháp định vị vệ tinh.........................................
3.4 Nghiên cứu thuật tốn và quy trình xử lý số liệu quan trắc
chuyển dịch ngang bằng công nghệ định vị vệ tinh..............................
3.5 Quy trình xử lý số liệu lưới kết hợp trị đo mặt đất và trị đo
định vị vệ tinh........................................................................................
Chương 4. THỰC NGHIỆM TÍNH TỐN XỬ LÝ LƯỚI ĐỊNH VỊ
VỆ TINH TRÊN CƠNG TRÌNH THỦY ĐIỆN HỊA BÌNH...............
61
67
72
80
81
88
4
4.1 Giới thiệu về cơng trình thực nghiệm: cơng trình thủy điện
Hịa bình................................................................................................
4.2 Tính tốn bình sai số liệu lưới cơ sở được đo bằng công nghệ
định vị vệ tinh........................................................................................
88
91
4.3 Phân tích độ ổn định lưới cơ sở cơng trình thủy điện Hịa bình.
93
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................
97
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................
99
PHỤ LỤC..............................................................................................
101
5
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Thứ tự
Chữ viết tắt
Ý nghĩa
1
MPQĐ
2
GPS
Global Positioning System
3
Rinex
Receiver Independent Exchange
4
SSTP
Sai số trung phương
5
TBC
Trimble Business Center
6
TTC
Trimble Total Control
Mặt phẳng quỹ đạo
6
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng
Tên Bảng
Trang
1.1
Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình
20
1.2
Một số thơng số kỹ thuật của hệ thống định vị vệ tinh
26
1.3
Thông điệp dẫn đường của các hệ thống định vị vệ tinh
27
2.1
Yêu cầu độ chính xác các cấp lưới
41
2.2
Ước tính độ chính xác lưới quan trắc thủy điện Hịa bình
60
3.1
u cầu kỹ thuật cơ bản khi đo đạc định vị vệ tinh các cấp
63
3.2
Yêu cầu về thời gian tối thiểu của các ca đo
63
4.1
Nhiệm vụ kỹ thuật quan trắc chuyển dịch ngang công trình
thủy điện Hịa bình
90
4.2
Kết quả bình sai tọa độ lưới cơ sở
93
4.3
Tọa độ chu kỳ 1 và tọa độ chu kỳ đang xét
94
4.4
Độ lệch tọa độ và tọa độ các điểm trong hệ tọa độ mới
94
4.5
Giá trị chuyển dịch của các điểm
95
4.6
4.7
Tọa độ các điểm trong hệ mới và độ dịch chuyển của các
điểm trong lần lặp 1
Tọa độ các điểm trong hệ mới và độ dịch chuyển của các
điểm trong lần lặp 2
95
96
7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình
Tên hình vẽ
vẽ
Trang
1.1
Hồ chứa nước
13
1.2
Đập dâng và đập tràn thủy điện
15
1.3
Đường ống áp lực vào nhà máy thủy điện Nậm chanh
16
1.4
Biểu đồ tương quan giữa thời gian ca đo và sai số cạnh Baseline
29
2.1
Đồ hình liên kết các điểm đo định vị vệ tinh
45
2.2
Sơ đồ quy trình xây dựng lưới định vị vệ tinh – mặt đất
49
2.3
Sơ đồ lưới quan trắc cơng trình thủy điện Hịa bình
59
3.1
Giao diện chính của phần mềm TTC
69
3.2
Giao diện module nhập dữ liệu và xử lý cạnh
69
3.3
Giao diện module cài đặt hệ tọa độ và Geoid
70
3.4
Giao diện module bình sai lưới
70
3.5
Trang Hyper page trình bày kết quả bình sai
71
3.6
Giao diện chính phần mềm Dpsurvey
71
3.7
Module biên tập kết quả bình sai lưới
72
3.8
Sơ đồ tính tốn phân tích độ ổn định mốc cơ sở
80
4.1
Nhà máy thủy điện Hịa bình
88
4.2
Lưới khống chế cơ sở thủy điện Hịa bình
91
4.3
Sơ đồ lưới cơ sở khi bình sai fix 1 điểm gốc (điểm T16)
93
8
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đất nước ta với hơn 500 cơng trình thủy điện lớn nhỏ đã được xây
dựng và đưa vào sử dụng. Đây là nguồn cung cấp điện năng chủ yếu cho của
nước ta. Do vậy, việc xây dựng các cơng trình thủy điện phải theo một quy
trình nghiêm ngặt, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật khắt khe, độ chính xác cao. Việc
xây dựng địi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao thì việc theo dõi, quản lý và sử dụng
các cơng trình thủy điện cũng có u cầu khắt khe khơng kém.
Đã có nhiều trường hợp vỡ đập thủy điện trên thế giới đã làm cho hàng
nghìn người chết và thiệt hại nặng nề về cơ sở vật chất. Do vậy việc theo dõi,
quan trắc độ biến dạng của cơng trình thủy điện là rất cần thiết và phải được
thực hiện 1 cách hệ thống, thường xuyên.
Công nghệ định vị vệ tinh đã quá quen thuộc trong đời sống chúng ta từ
5 năm trở lại đây, đặc biệt công nghệ định vị vệ tinh đã được ứng dụng rất
rộng rãi trong sản xuất trắc địa – địa hình. Đây là cơng nghệ đo đạc tiên tiến,
thuận lợi cho công tác xây dựng các mạng lưới khống chế trắc địa.
Ở các nước phát triển như Mỹ, Nga, Balan, Trung Quốc… đã có rất
nhiều cơng trình nghiên cứu được công bố về sử dụng công nghệ định vị vệ
tinh trong quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình. Tuy nhiên ở nước ta
việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyển
dịch ngang cơng trình thủy lợi, thủy điện vẫn chưa được đề cập thỏa đáng
trong các nghiên cứu khoa học cũng như trong thực tế sản xuất. Vì vậy tơi
chọn đề tài “Ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyển dịch
ngang cơng trình thủy lợi – thủy điện” nhằm khảo sát tính thực tiễn của việc
ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyển dịch ngang công
9
trình thủy lợi, thủy điện. Và giúp nâng cao hiệu quả việc quan trắc chuyển
dịch ngang cơng trình thủy lợi, thủy điện.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá khả năng và điều kiện ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh
trong quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình thủy lợi thủy điện.
Xác định các biện pháp xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang cơng
trình bằng cơng nghệ định vị vệ tinh.
3. Nội dung nghiên cứu
Khảo sát ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh cho mục đích thành lập hệ
thống lưới mặt bằng quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi, thủy
điện.
Nghiên cứu xây dựng thuật tốn và quy trình xử lý số liệu quan trắc
chuyển dịch ngang cơng trình thủy lợi, thủy điện bằng cơng nghệ định vị vệ
tinh.
Khảo sát thành lập hệ thống lưới quan trắc chuyển dịch ngang cơng
trình trên mơ hình thực nghiệm.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thống kê: Thu thập, tổng hợp, xử lý các thông tin, tài liệu
liên quan.
Phương pháp phân tích: Sử dụng các cơng cụ đánh giá, phân tích logic
các tư liệu, đánh giá khách quan các yếu tố để đưa ra kết luận chính xác làm
cơ sở giải quyết các vấn đề đặt ra.
Phương pháp chuyên gia: thu thập, tổng hợp và phân tích các ý kiến
của chuyên gia làm cơ sở để đưa ra kết luận khoa học.
10
Phương pháp thực nghiệm: tiến hành các thực nghiệm trên thực địa để
khẳng định tính đúng đắn của các vấn đề nghiên cứu lý thuyết.
Phương pháp so sánh: Đối chiếu với các kết quả nghiên cứu khác và
các nội dung liên quan để so sánh, đánh giá, đưa ra giải pháp phù hợp.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
Ý nghĩa khoa học: Góp phần phát triển, hồn thiện và khẳng định khả
năng ứng dụng cơng nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyển dịch ngang
công trình thủy lợi – thủy điện.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong thực
tế sản xuất giúp giảm thiểu thời gian thi công, nhân lực và tiết kiệm về mặt
kinh tế, mà vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
6. Cấu trúc của luận văn
Luận văn được chia thành 3 phần:
a, Phần mở đầu:
Trình bày tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu, phương pháp và phạm vi
nghiên cứu. Phần này cũng trình bày ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
cùng cấu trúc luận văn.
b, Phần nội dung chính:
-
Tổng quan về cơng tác quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình thủy
lợi – thủy điện.
-
Khảo sát ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong thành lập lưới
quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi – thủy điện.
-
Yêu cầu kỹ thuật trong đo đạc, xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch
ngang bằng công nghệ định vị vệ tinh.
11
-
Thực nghiệm ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc
chuyển dịch ngang trên mơ hình thực nghiệm.
c, Phần Kết luận và Kiến nghị:
Đưa ra những kết luận và kiến nghị của đề tài nghiên cứu.
7. Lời cảm ơn
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc tới gia đình; tới các Thầy,
Cơ trong khoa Trắc địa Trường Đại học Mỏ - Địa Chất và các Thầy, Cô trong
Trung tâm Địa Tin học Trường Đại học Thủy lợi cùng các đồng nghiệp, bạn
bè đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập tại trường và trong khoảng thời gian
tôi làm luận văn tốt nghiệp này.
Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS. Trần Khánh, đã
trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, giúp đỡ tơi có những định hướng, nhận
thức đúng đắn để hồn thành luận văn tốt nghiệp này.
12
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG
CƠNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN
1.1 ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ U CẦU QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH
NGANG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN
1.1.1 Đặc điểm kết cấu của các cơng trình thủy lợi – thủy điện
Các cơng trình thủy lợi nói chung và cơng trình thủy điện nói riêng là
loại cơng trình làm việc trong mơi trường nước, chịu tác động của các loại lực
do nước gây nên như lực thủy tĩnh, thủy động, áp lực cột sóng, áp lực thấm.
Ngồi ra nó cịn chịu tác động của các loại lực khác như áp lực gió, áp lực đất,
áp lực do động đá, áp lực do bùn cát...
Các cơng trình này được xây dựng với mục đích sử dụng tài nguyên
nước cho các mục đích như: cung cấp điện năng, điều tiết nước, dự trữ nước
và xả lũ cho vùng thượng lưu và hạ lưu, điều hịa khí hậu cho một khu vực
lãnh thổ. Tuy nhiên việc xây dựng các cơng trình thủy điện trên các sơng gây
ra thay đổi quy luật dòng chảy, biến đổi lớn đến môi trường, thực vật và hệ
sinh thái của khu vực. Do vậy khi xây dựng các cơng trình thủy điện, không
chỉ trong giai đoạn thi công mà khi đã đưa vào sử dụng cũng phải phối hợp
giám sát một cách chặt chẽ để tránh trường hợp tiêu cực xảy ra.
Các cơng trình thủy lợi nói chung và cơng trình thủy điện nói riêng về
cơ bản có các hạng mục chính như sau:
− Hồ chứa nước;
− Các cơng trình chính;
− Các cơng trình phụ trợ.
13
1.1.2 Các hạng mục chính của cơng trình thủy lợi – thủy điện
1.1.2.1 Hồ chứa nước
Hồ chứa nước là nơi được thiết kế để chứa nước phục vụ các công tác
như: phát điện hoặc điều tiết nước; nó được hình thành do việc ngăn sông đắp
đập tạo nên. 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 mơi trường của khu vực và an tồn của
vùng hạ lưu, 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 lịng hồ và thể tích hồ chứa, tính tốn tổn thất
ngập lụt.
- Đề xuất bản thiết kế phòng ngập cho các thành phố, các điểm dân cư,
xí nghiệp cơng nghiệp, những vùng đất canh tác có giá trị và bản thiết kế các
cơng tác gia cố bờ hồ.
Hình 1.1: Hồ chứa nước
14
1.1.2.2 Các cơng trình chính
Đây là hạng mục quan trọng nhất của nhà máy thủy điện, đòi hỏi cao về
kỹ thuật cũng như tính kinh tế. Cơng trình chính gồm tổ hợp các hạng mục
quan trọng sau:
a, Cụm cơng trình đầu mối gồm đập dâng tạo hồ và đập tràn
* Đập dâng tạo hồ
Đập dâng gồm nhiều loại được thiết kế có kết cấu khác nhau tùy theo
từng điều kiện cụ thể của cơng trình, các kết cấu của đập thông dụng hiện nay
như sau:
+ Đập đất: Vật liệu đắp đập là đất (sét, á sét, cát, á cát, cuội sỏi). Đập
đất có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả năng thi cơng cơ giới hóa cao và rẻ
tiền, được ứng dụng rộng rãi nhất. Khi xây dựng loại đập này cần chú ý các
điều kiện làm việc của đập đất:
- Phía thượng lưu của đập là hồ chứa chịu tác động mạnh của áp lực
nước, hơn nữa còn có sóng tác động, sẽ làm hư hỏng mái dốc thượng lưu.
- Nước thấm qua thân đập làm mất ổn định thân đập và xói ngầm hạ
lưu, từ đó phải lựa chọn mặt cắt đập một cách hợp lý. Nếu hạ lưu có nước cịn
xuất hiện áp lực đẩy nổi góp phần làm mất ổn định của đập.
+ Đập đất đá: là một loại đập được cấu tạo bằng đá mà khơng cần chất
kết dính, là một trong những loại cơng trình dâng nước kinh tế nhất khi xây
dựng ở những vùng có sẵn đá, giao thơng khơng thuận lợi.
+ Đập bê tông: Bao gồm đập bê tông đầm lăn và đập bê tông bản mặt,
đập bê tông trọng lực. Trong đó đập bê tơng trọng lực là loại đập mà sự ổn
định chủ yếu dựa vào trọng lượng bản thân của nó. Ưu điểm của đập bê tơng
trọng lực là có tính bền vững lớn, có thể sử dụng kết hợp với đập tràn và nhà
15
máy thủy điện. Nhược điểm của đập bê tông trọng lực là chỉ sử dụng được khi
có đủ cốt liệu chế tạo bằng bê tơng, địi hỏi nhiều ngun 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 tơng RCC vừa có hiệu quả kinh tế cao, vừa đẩy nhanh tiến độ thi
công.
* Đập tràn
Đập tràn là một vật kiến trúc ngăn một dịng khơng áp làm cho dịng đó
chảy qua đỉnh gọi là đập tràn.
Đập tràn gồm có đập tràn tự do và đập tràn có kiểm sốt, có thể điều
khiển đóng mở bằng hệ thống cáp hay thủy lực. Đập tràn có rất nhiều loại
khác nhau như đập tràn đặt vng góc với dịng chảy, đập tràn đặt xiên hoặc
đập tràn đặt ở một bên bờ song song với dòng chảy. Tuy nhiên ở các cơng
trình thủy điện thường thiết kế đập tràn đặt vng góc với dịng chảy và có
dạng uốn cong hoặc thẳng, mặt khác tùy vào điều kiện cơng trình sẽ thiết kế
các kiểu cửa tràn khác nhau sao cho phù hợp với điều kiện cụ thể của cơng
trình.
Hình 1.2: Đập dâng và đập tràn thủy điện
16
b, Nhà máy
Về kiểu nhà máy thủy điện, thông thường có hai loại nhà máy thủy điện
đó là kiểu nhà máy thủy điện sau đập, nhà máy thủy điện kiểu đường dẫn (có
áp và khơng áp).
c, Các cơng trình tuyến năng lượng
Kênh dẫn, đường hầm dẫn nước, tuyến áp lực…được gọi chung là các
cơng trình tuyến năng lượng.
Các cơng trình này dẫn nước từ hồ chứa đến nhà máy, kết cấu của hệ
thống cơng trình tuyến năng lượng thường được thi công bằng bê tông, riêng
tuyến áp lực kết cấu là thép và được bao bọc bằng bê tông. Các cơng trình này
khó thiết kế, khó thi cơng nhất và phải sử dụng các thiết bị thi công đắt tiền.
Các thiết bị như ống thép chịu lực cao, các tổ máy phát điện hiện nay phải
nhập của các hãng chế tạo nước ngồi.
Hình 1.3: Đường ống áp lực vào nhà máy thủy điện Nậm Chanh
17
1.1.2.3 Các cơng trình phụ trợ
Hạng mục này gồm có hai nhóm cơng trình chủ yếu sau:
- Các cơng 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 ngun vật liệu
cùng các cơng 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 phịng, nhà ở và nhà văn hóa...
1.1.3 u cầu quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình thủy lợi – thủy
điện
1.1.3.1 Mục đích và đối tượng quan trắc
a, Mục đích quan trắc:
Quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình thủy lợi - thủy điện là để xác
định mức độ chuyển dịch ngang của các cơng trình đầu mối (các đập thủy
điện, tuyến năng lượng, nhà máy,…), nghiên cứu tìm ra nguyên nhân và theo
dõi mức độ chuyển dịch và từ đó có biện pháp xử lý, đề phịng tai biến đối với
các cơng trình thủy điện. Cụ thể là:
- Xác định giá trị chuyển dịch ngang để đánh giá mức độ ổn định của
cơng trình. Xác định xem mức độ chuyển dịch ngang có ảnh hưởng đến q
trình vận hành cơng trình khơng, từ đó có biện pháp điều tiết, khai thác cơng
trình một cách hợp lý.
- Kiểm tra việc tính tốn thiết kế cơng trình, nghiên cứu quy luật
chuyển dịch ngang trong những điều kiện, giai đoạn khác nhau và dự đốn
chuyển dịch ngang của cơng trình trong tương lai.
18
b, Đối tượng quan trắc:
Cơng trình thủy lợi – thủy điện có rất nhiều hạng mục khác nhau nhưng
chủ yếu cần tập trung theo dõi những hạng mục chính, quan trọng, ảnh hưởng
lớn tới việc vận hành của nhà máy cũng như sự an tồn của phía hạ lưu. Do
vậy thông thường chỉ quan trắc chủ yếu các hạng mục như: Nhà máy, đập
dâng, đập tràn.
Quan trắc chuyển dịch ngang đập dâng, đập tràn với các tiêu chuẩn kỹ
thuật được đơn vị thiết kế đưa ra trong bản thiết kế kỹ thuật của cơng trình. Số
lượng mốc quan trắc do đơn vị thiết kế yêu cầu. Các mốc này được bố trí trên
các tuyến cơ về phía hạ lưu đập chính và trên đỉnh đập tràn tạo thành các mặt
cắt theo quy định của đơn vị thiết kế.
1.1.3.2 Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc
1, Yêu cầu độ chính xác của cơng tác quan trắc:
u cầu độ chính xác của cơng tác quan trắc chuyển dịch ngang là độ
chính xác cần thiết xác định sự dịch chuyển cơng 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 cơng trình, đặc điểm kết cấu cơng trình. Đối với các tuyến đập của
các cơng trình thủy điện thì độ chính xác quan trắc được nêu ra trong thiết kế
kỹ thuật cơng trình.
Có hai cách xác định u cầu độ chính xác của cơng tác quan trắc
chuyển dịch ngang cơng trình là:
- Dựa theo u cầu độ chính xác của cơng tác quan trắc từng hạng mục
cơng trình trong đồ án thiết kế kỹ thuật;
- Dựa theo các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành của các Bộ, Ngành.
19
a, Dựa vào giá trị chuyển dịch dự báo
Yêu cầu độ chính xác được xác định theo cơng thức [5]:
mq =
q
2l
(1.1)
Trong đó:
mq : u cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ở thời điểm ti ;
q : Giá trị chuyển dịch dự báo giữa hai chu kỳ quan trắc;
l
: 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 (tương
đương với
l =3)
và khi đó cơng thức tính độ chính xác của quan trắc chuyển
dịch là:
m q = 0.17 q
(1.2)
Nếu cơng trình có giá trị chuyển dịch dự báo nhỏ thì mq tính theo cơng
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 công trình
thủy lợi – thủy điện. Vì vậy, trong thực tế, u cầu độ chính xác của cơng tác
quan trắc thường được xác định dựa vào điều kiện nền móng, đặc điểm kết
cấu đối với từng loại cơng trình cụ thể.
b, Dựa vào điều kiện nền móng, đặc điểm kết cấu của từng loại cơng trình cụ
thể
u cầu này có thể được nêu ra trong đồ án thiết kế kỹ thuật hoặc theo
tiêu chuẩn, quy chuẩn của các cơ quan Nhà nước. u cầu độ chính xác quan
trắc của các cơng trình thường được đưa ra như bảng (1.1) [8, 10].
20
Bảng 1.1: Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình
SSTP
STT
Loại cơng trình
xác định
chuyển dịch
(mm)
1
2
3
4
5
Cơng trình xây dựng trên nền đá gốc và nửa đá gốc
Cơng trình xây dựng trên nền đất cát, đất sét và các
loại đất chịu nén khác
Các loại đập đất, đá chịu áp lực cao
Cơng trình xây trên nền đất đắp, đất bùn chịu nén
kém
Các loại cơng trình bằng đất đắp
±1
±2
±5
± 10
± 15
2, Chu kỳ quan trắc:
Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình là cơng tác đo lặp, được
thực hiện nhiều lần với cùng một đối tượng, mỗi lần đo gọi là một chu kỳ, đối
với lần đo đạc đầu tiên được gọi là chu kỳ “0”. Thời gian thực hiện các chu kỳ
đo được nêu ra trong phương án kỹ thuật quan trắc biến dạng của từng cơng
trình cụ thể.
Thời gian giữa các chu kỳ quan trắc tại các thời điểm khác nhau cũng
khác nhau, thông thường giai đoạn thi công cơng trình thì thời gian quan trắc
giữa hai chu kỳ sẽ ngắn hơn trong giai đoạn quản lý, sử dụng và vận hành
cơng trình. Thời gian quan trắc giữa hai chu kỳ thường được xác định dựa vào
các tiêu chuẩn, quy chuẩn, theo các cơng trình tương tự đã được xây dựng và
21
đưa vào sử dụng hoặc theo các tiêu chuẩn, quy chuẩn đã được áp dụng trên
thế giới.
Việc lựa chọn khoảng thời gian giữa hai chu kỳ quan trắc là rất quan
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, khơng gây ra sự lãng phí khơng cần thiết.
Có thể phân chia q trình quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình
làm ba giai đoạn:
- Giai đoạn thi cơng.
- Giai đoạn đầu của q trình vận hành, sử dụng.
- Giai đoạn cơng trình đi vào ổn định.
Trong mỗi giai đoạn khác nhau, thời gian giữa hai chu kỳ quan trắc
cũng khác nhau. Đặc biệt đối với các công trình thủy điện thì theo Quy định
về cơng tác quan trắc biến dạng các cơng trình thủy điện của Liên Xơ, tiến
hành đo 2÷6 chu kỳ trong một năm. Tham khảo cơng tác quan trắc một số
cơng trình thủy điện lớn như Hịa Bình, YaLy, Tun Quang, Sơng 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 cơng: Trung bình 6 tháng quan trắc một chu kỳ. 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 mức nước
dâng bình thường theo thiết kế. Ngồi ra cơng 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.
22
- Giai đoạn quản lý vận hành: Trung bình từ 6 tháng đến một năm thực
hiện quan trắc một chu kỳ. Thời điểm quan trắc còn thực hiện khi xảy ra điều
kiện bất thường như cơng trình vừa chịu những trận lũ lớn, lũ lịch sử thì cần
phải tiến hành quan trắc để đánh giá ngay trạng thái cơng trình.
- Giai đoạn cơng trình đi vào ổn định: Trung bình cứ 2 năm tiến hành
quan trắc một chu kỳ, 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 2 mm/năm thì có thể xem xét ngừng việc quan trắc cơng trình
[5].
1.2 ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG TÁC QUAN TRẮC CHUYỂN
DỊCH NGANG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM
VÀ TRÊN THẾ GIỚI
1.2.1 Thực trạng công tác chuyển dịch ngang công trình thủy lợi – thủy
điện trên thế giới
Trên thế giới hiện nay có rất nhiều phương pháp hiện đại khác nhau
được sử dụng để quan trắc chuyển dịch ngang công trình xây dựng nói chung
và cơng trình thủy lợi, thủy điện nói riêng. Trong đó có các phương pháp như
phương pháp trắc địa, phương pháp quang học, phương pháp địa kỹ thuật
(phương pháp địa kỹ thuật bao gồm các phương pháp cụ thể như: quan trắc
bằng
hệ
thống
tiltmeters,
strainmeters,
extensometers,
join-meters,
micrometers, hay hệ thống quan trắc đã được Việt Nam nghiên cứu ứng dụng
thử nghiệm như inclinometer.....). Mỗi hệ thống có một ưu, nhược điểm khác
nhau, phương pháp địa kỹ thuật cho độ chính xác rất cao nhưng giá thành rất
đắt, hơn nữa chỉ thi cơng được ở những dạng cơng trình nhất định; do vậy
phương pháp trắc địa hiện nay vẫn được sử dụng rộng rãi nhất.
23
Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp trắc địa cũng có rất
nhiều phương pháp khác nhau: phương pháp truyền thống (sử dụng máy kinh
vĩ, toàn đạc điện tử...) hoặc phương pháp hiện đại như sử dụng hệ thống định
vị vệ tinh...
Hiện nay trên thế giới đang nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới
trong công tác quan trắc chuyển dịch ngang, cụ thể là nghiên cứu ứng dụng
công nghệ định vị vệ tinh vào công tác chuyển dịch ngang.
* Về lý thuyết: Chủ yếu nghiên cứu về phương pháp, quy trình phân
tích, đánh giá kết quả quan trắc chuyển dịch ngang.
- Về phương pháp: tập trung nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa thiết kế lưới
quan trắc với hàm mục tiêu là giảm thời gian ngoại nghiệp hoặc nâng cao độ
chính xác đo đạc;
- Về quy trình phân tích, đánh giá kết quả quan trắc chuyển dịch
ngang: tập trung nghiên cứu về phương pháp xác định, đánh giá độ ổn định
của các điểm mốc cơ sở trong quan trắc chuyển dịch ngang, phân tích và đánh
giá kết quả trong không gian 3 chiều, dựa vào kết quả quan trắc đưa ra nhận
xét về các nhân tố tác động đến biến dạng của cơng trình, dự báo biến dạng
cơng trình trong tương lai.
* Về tình hình thực hiện: hiện nay, trên thế giới hầu hết các cơng trình
thủy điện lớn của mỗi quốc gia đều được quan trắc chuyển dịch ngang với các
thiết bị đo đạc hiện đại và tối tân nhất, trong đó cũng có nhiều cơng trình đã
ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh để quan trắc chuyển dịch ngang. Để làm
được như thế là do các nước có năng lực sản xuất thiết bị định vị vệ tinh hiện
đại, trên lãnh thổ đất nước có nhiều trạm tham chiếu (Trạm CORS).
