Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả công tác quan trắc chuyển dịch ngang tuyến đập thuỷ điện

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

NGUYỄN HÀ

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ
CÔNG TÁC QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG
TUYẾN ĐẬP THỦY ĐIỆN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa
Mã số: 60.52.85

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. TRẦN KHÁNH

Hà Nội - 2013


1

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu riêng của tôi. Các số
liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong
bất kỳ cơng trình nào khác.

Tác giả luận văn

Nguyễn Hà

2

MỤC LỤC
Trang
TRANG BÌA PHỤ ................................................................................................................
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................... 1
MỤC LỤC .......................................................................................................................... 2
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................. 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................................ 6
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 8

Chương 1- TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC
CHUYỂN DỊCH NGANG TUYẾN ĐẬP THỦY ĐIỆN ................................................... 11

1.1. Đặc điểm kết cấu cơng trình thuỷ điện .................................................... 11
1.1.1 Các hạng mục chính của cơng trình thủy điện....................................... 11
1.1.2. Đặc điểm kết cấu tuyến đập thủy điện .....................................................12
1.2. Những vấn đề chung về quan trắc biến dạng cơng trình ......................... 13
1.2.1. Khái niệm về chuyển dịch biến dạng cơng trình .................................. 13
1.2.2. Ngun nhân gây ra chuyển dịch biến dạng cơng trình
thủy điện......................................................................................................... 14
1.2.3. Mục đích và nhiệm vụ quan trắc chuyển dịch biến dạng
cơng trình ........................................................................................................ 15
1.2.4. Yêu cầu độ chính xác quan trắc............................................................ 15
1.2.5. Chu kỳ quan trắc ................................................................................... 17
1.3. Nguyên tắc thiết kế lưới quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình........... 18
1.3.1. Ngun lý quan trắc chuyển dịch ngang .............................................. 18
1.3.2. Thiết kế hệ thống lưới mặt bằng quan trắc
chuyển dịch ngang cơng trình......................................................................... 19

1.4. Tổng quan về các phương pháp quan trắc
chuyển dịch ngang cơng trình........................................................................ 21
1.4.1. Phương pháp tọa độ ............................................................................. 21


3
1.4.2. Phương pháp hướng chuẩn ................................................................... 24
Chương 2- KHẢO SÁT PHƯƠNG PHÁP HƯỚNG CHUẨN
QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG CƠNG TRÌNH................................................ 26

2.1. Các khái niệm chung về hướng chuẩn………………………………….26
2.1.1. Hướng chuẩn và độ lệch hướng ............................................................ 26
2.1.2 Phương pháp thành lập hướng chuẩn ................................................... 27
2.1.3. Các phương pháp đo độ lệch hướng ..................................................... 2 8
2.1.4 Sơ đồ đo hướng chuẩn .......................................................................... 30
2.2. Giải pháp nâng cao hiệu quả phương pháp hướng chuẩn........................ 34
2.2.1. Đề xuất nâng cao độ chính xác trong sơ đồ giao chéo.......................... 34
2.2.2. Đề xuất đo chính xác chiều dài cạnh trong hướng chuẩn ..................... 35
2.3. Khảo sát độ ảnh hưởng của sai số số liệu gốc đến kết quả đo
hướng chuẩn................................................................................................... 40
2.3.1. Ảnh hưởng của chuyển dịch điểm gốc đến độ lệch hướng điểm
quan trắc...................................................................................................................40
2.3.2. Ảnh hưởng của sai số số liệu gốc đến độ chính xác xác định độ
lệch hướng .............................................................................................................41
Chương 3- TÍNH TỐN XỬ LÝ SỐ LIỆU HƯỚNG CHUẨN ..................................... 42
3.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp bình sai gián tiếp ................................ 42
3.1.1. Chọn ẩn số……………………………………………………………42
3.1.2. Lập hệ phương trình số hiệu chỉnh cho các trị đo……………………42
3.1.3. Lập hệ phương trình chuẩn…………………………………………..43
3.1.4. Giải hệ phương trình chuẩn…………………………………………..43

3.1.5. Đánh giá độ chính xác………………………………………………..43
3.2. Bình sai lưới quan trắc hướng chuẩn…………………………………...44
3.2.1. Sơ đồ hướng chuẩn tổng qt…………………………….…………..44
3.2.2. Tính tốn bình sai lưới hướng chuẩn…………………………………45


4
3.3. Tính tốn các tham số chuyển dịch cơng trình………………………….47
3.3.1. Các tham số chuyển dịch cục bộ........................................................... 47
3.3.2. Tính chuyển dịch theo phương pháp đường thẳng xác suất ................. 49
Chương 4- THỰC NGHIỆM .......................................................................................... 52
4.1. Nhiệm vụ kĩ thuật quan trắc chuyển dịch ngang tuyến đập
thuỷ điện Đăk Mi4 .......................................................................................... 52
4.1.1. Giới thiệu chung về cơng trình ............................................................. 52
4.1.2. Nhiệm vụ kĩ thuật của công tác quan trắc ............................................ 54
4.2. Thiết kế lưới quan trắc chuyển dịch ngang
tuyến đập thuỷ điện Đăk Mi4 ......................................................................... 55
4.2.1. Xác định yêu cầu độ chính xác các bậc lưới ........................................ 55
4.2.2. Thiết kế các mốc ................................................................................... 55
4.2.3. Thiết kế lưới cơ sở ................................................................................ 56
4.2.4. Thiết kế lưới quan trắc.......................................................................... 58
4.3. Bình sai lưới quan trắc chuyển dịch ngang
bằng phương pháp hướng chuẩn..................................................................... 61
4.4. Tính toán tham số chuyển dịch ngang tuyến đập thuỷ điện .................... 64
4.4.1. Tính tham số chuyển dịch cục bộ ......................................................... 64
4.4.2. Tham số chuyển dịch tổng thể .............................................................. 65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................ 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 68
PHỤ LỤC ........................................................................................................................... 69

5

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số
TT

Tên bảng

Nội dung
Yêu cầu độ chính xác đo lún và chuyển dịch

Trang

1

Bảng 1.1

2

Bảng 1.2

3

Bảng 2.1

4

Bảng 2.2

5

Bảng 2.3

6

Bảng 2.4

7

Bảng 2.5

8

Bảng 4.1

Chỉ tiêu kỹ thuật lưới (lưới cơ sở)

57

9

Bảng 4.2

Ước tính sai số vị trí điểm (lưới cơ sở)

57

10

Bảng 4.3

11

Bảng 4.4

12

Bảng 4.5

13

Bảng 4.6

Thành quả toạ độ bình sai (chu kỳ 1)

62

14

Bảng 4.7

Thành quả toạ độ bình sai (chu kỳ 2)

63

15

Bảng 4.8

Tham số chuyển dịch cục bộ

63

16

Bảng 4.9

Tham số chuyển dịch tổng thể

65

ngang cơng trình
u cầu độ chính xác các cấp lưới
So sánh độ chính xác các sơ đồ hướng chuẩn
Độ chính xác các phương án đo trong sơ đồ
giao chéo
Tương quan độ chính xác hồnh độ các điểm
theo hướng chuẩn
Sai số trung phương hoành độ các điểm theo
sơ đồ phân đoạn đo cạnh
Độ chính xác hồnh độ các điểm theo sơ đồ
nhích dần và giao chéo

Toạ độ các điểm thiết kế và sai số vị trí điểm
(thiết kế lưới quan trắc theo hướng chuẩn)
Toạ độ các điểm thiết kế và sai số vị trí điểm
(thiết kế lưới quan trắc theo giao hội cạnh)
Toạ độ các điểm thiết kế và sai số vị trí điểm
(bình sai lưới quan trắc)

16
20
33
35
37
38
39

59
60
61


6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số

Tên

Nội dung

TT

hình vẽ

1

Hình 1.1

2

Hình 1.2

3

Hình 1.3

4

Hình 1.4

5

Hình 1.5

6

Hình 1.6

7

Hình 1.7

8

Hình 2.1

9

Hình 2.2

10

Hình 2.3

Phương pháp góc nhỏ đo độ lệch hướng

28

11

Hình 2.4

Bảng ngắm di động

29

12

Hình 2.5

Đo độ lệch hướng bằng bảng ngắm di động

29

13

Hình 2.6

Sơ đồ tồn hướng

30

14

Hình 2.7

Sơ đồ phân đoạn

31

15

Hình 2.8

Sơ đồ nhích dần

32

16

Hình 2.9

Sơ đồ giao chéo

32

17

Hình 2.10

Sơ đồ lưới quan trắc hướng chuẩn

33

Đập đất đá đổ dạng vịm tại thuỷ điện Hồ
Bình
Đập bê tông trọng lực dạng thẳng tại thuỷ điện
PleiKrong
Chuyển dịch ngang cơng trình
Lưới tam giác trong quan trắc chuyển dịch
ngang
Sơ đồ lưới quan trắc trong phương pháp đa
giác
Sơ đồ lưới quan trắc trong phương pháp giao
hội
Xác định chuyển dịch ngang theo hướng
chuẩn
Khái niệm về hướng chuẩn
Đo chuyển dịch ngang theo phương pháp
hướng chuẩn

Trang
13
13
18
22

23

24
25
26
27


7
18

Hình 2.11

Sơ đồ giao chéo cải tiến

34

19

Hình 2.12

Đo cạnh trong hướng chuẩn

36

20

Hình 2.13

Sơ đồ hướng chuẩn

37

21

Hình 2.14

Đo cạnh trong sơ đồ phân đoạn

38

22

Hình 2.15

Đo cạnh trong sơ đồ nhích dần và giao chéo

39

23

Hình 2.16

Ảnh hưởng của dịch chuyển điểm gốc

40

24

Hình 3.1

Sơ đồ hướng chuẩn tổng quát

45

25

Hình 3.2

Tham số chuyển dịch ngang cơng trình

48

26

Hình 3.3

Tham số chuyển dịch cơng trình dạng thẳng

49

27

Hình 4.1

Cơng trình thuỷ điện ĐĂK MI4

52

28

Hình 4.2

Sơ đồ phân bố mốc quan trắc

54

29

Hình 4.3

Hình ảnh mốc cơ sở và mốc quan trắc (a,b)

56

30

Hình 4.4

Sơ đồ lưới khống chế cơ sở

56

31

Hình 4.5

Đồ hình đo hướng chuẩn quan trắc

58

32

Hình 4.6

Lưới giao hội cạnh

58

33

Hình 4.7

Sơ đồ mặt cắt chuyển dịch ngang tuyến đập

65

34

Hình 4.8

Tham số chuyển dịch tổng thể của tuyến đập

66


8

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của xã hội, các cơng trình
xây dựng dân dụng-cơng nghiệp, thuỷ lợi-thuỷ điện... được triển khai xây
dựng với số lượng tăng nhanh và qui mơ, tính chất ngày càng lớn và phức tạp.
Trong q trình thi cơng xây dựng và đi vào vận hành cơng trình thì
nhiệm vụ của việc quan trắc, xử lý số liệu chuyển dịch biến dạng nói chung
và chuyển dịch ngang nói riêng là cơng việc cấp thiết, liên tục. Địi hỏi ngày
càng nâng cao trong q trình đo đạc và xử lý, nhưng vẫn phải đáp ứng được
các yêu cầu về độ chính xác cần thiết.
Một trong những giải pháp cho việc quan trắc chuyển dịch ngang các
cơng trình dạng thẳng (đập thuỷ lợi-thuỷ điện, cơng trình cầu...) là sử dụng
phương pháp hướng chuẩn. Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng kết hợp các sơ
đồ đo hướng để cho “linh động” hơn trong quá trình thao tác ở thực địa
Tuy nhiên, phương pháp hướng chuẩn có nhược điểm là chỉ có thể xác
định được thành phần chuyển dịch theo hướng vng góc với trục OX (hướng
vng góc với áp lực). Để giải quyết vấn đề này, tác giả luận văn có đề xuất
bổ sung trị đo cạnh trong quan trắc bằng phương pháp hướng chuẩn. Điều này
hồn tồn có thể thực hiện được, vì hiện nay với sự phát triển của cơng nghệ
đo dài bằng các máy tồn đạc điện tử có độ chính xác cao.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của luận văn là nghiên cứu, khảo sát một số vấn đề quan trắc
chuyển dịch ngang cơng trình thuỷ điện ĐĂK MI4.
Xác định một số giải pháp nâng cao hiệu quả của phương pháp hướng
chuẩn.


9
3. Nhiệm vụ của đề tài
- Thu thập, nghiên cứu các bài toán xử lý số liệu lưới Trắc địa.
- Xây dựng nội dung bài tốn bình sai lưới quan trắc hướng chuẩn.
- Khảo sát trị đo cạnh trong trong các sơ đồ đo hướng chuẩn.

- Tính tốn khảo nghiệm và ứng dụng trong thực tiễn sản xuất.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đo đạc, xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình thuỷ điện
Đăk Mi 4.
5. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu phương pháp hướng chuẩn và một số biện pháp nâng cao
độ chính xác của phương pháp hướng chuẩn.
Nghiên cứu về lưới khống chế cơ sở trong hướng chuẩn trên
phương diện thành lập và bình sai lưới.
Nghiên cứu xử lý số liệu hướng chuẩn, tính tốn bình sai số liệu đo
hướng chuẩn.
Nghiên cứu ảnh hưởng của chuyển dịch điểm gốc đến độ lệch
hướng điểm quan trắc, và ảnh hưởng của sai số số liệu gốc đến độ chính xác
xác định độ lệch hướng.
Tính tốn các tham số chuyển dịch cơng trình.
6. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thống kê: tổng hợp, xử lý các số liệu liên quan.
- Phương pháp phân tích: sử dụng các phương tiện và các tiện ích, phân
tích có lơgíc các tư liệu, số liệu làm cơ sở để giải quyết các vấn đề đặt ra.
- Phương pháp so sánh: tổng hợp kết quả, so sánh đánh giá và đưa ra
các kết luận về các vấn đề đặt ra.


10
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Phát triển, góp phần nâng cao và hồn thiện trong cơng tác đo đạc và
xử lý số liệu quan trắc chuyển ngang công trình.
8. Cấu trúc luận văn
Luận văn bao gồm phần Mở đầu, 4 chương và phần kết luận được trình
bày trong 69 trang với 16 bảng và 34 hình và phần phụ lục.

Luận văn đã được hoàn thành dưới sự giúp đỡ của thầy giáo hướng
dẫn: PGS.TS. Trần Khánh (Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội). Tác giả
xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn đã tận tình chỉ bảo và
giúp đỡ tác giả hồn thành luận văn này. Trong q trình nghiên cứu và viết
luận văn, tác giả cũng đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, đóng góp quý báu
của các thầy cô trong Khoa Trắc địa - Bản đồ, Trường Đại học Mỏ- Địa chất
Hà Nội.


11
Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC
CHUYỂN DỊCH NGANG TUYẾN ĐẬP THỦY ĐIỆN
1.1. ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THỦY ĐIỆN
1.1.1. Các hạng mục chính của cơng trình thủy điện
Trong những năm gần đây các cơng trình thủy điện ở Nước ta được xây
dựng ngày càng nhiều nhằm đấp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cao
của đất nước. Các cơng trình thuỷ điện được cấu thành từ tổ hợp nhiều hạng
mục phức tạp, đa dạng. Cấu trúc của cơng trình thuỷ điện cơ bản có những
hạng mục chính là: hồ chứa nước, cụm đầu mối các cơng trình chính, các
cơng trình phụ trợ.
Hồ chứa nước được hình thành do việc ngăn sông đắp đập, lượng nước
trong hồ chứa phục vụ cho nhà máy thuỷ điện. Các thông số hồ chứa bao
gồm: diện tích lưu vực, dung tích hồ, mức nước dâng bình thường, mức nước
chết, mức nước gia cường...
Cụm cơng trình đầu mối là hạng mục quan trọng nhất của nhà máy thuỷ
điện, bao gồm:
- Tuyến áp lực gồm có đập dâng tạo hồ và đập tràn. Đập dâng gồm
nhiều loại được thiết kế có kết cấu khác nhau tuỳ theo từng điều kiện cụ thể

của công trình, các kết cấu của đập thơng dụng hiện nay như: đập đất đá đổ,
đập bê tông bản mặt, đập bê tơng đầm lăn, đập bê tơng thường. Về hình dạng
có loại đập thảng và đập vịm.... Đập tràn gồm có tràn tự do và tràn có điều
khiển đóng mở bằng cáp hay thuỷ lực.
- Tuyến năng lượng gồm: kênh dẫn, đường hầm dẫn nước, tuyến áp lực,
nhà máy thuỷ điện, kênh xả sau nhà máy. Trong cụm cơng trình này các hạng
mục: đường hầm, đường ống áp lực và nhà máy.
Cụm cơng trình phụ trợ gồm có hai nhóm cơng trình chủ yếu là các
cơng trình phụ trợ phục vụ cho thi công và vận hành như: hệ thống điện, hệ


12
thống nước, nhà xưởng, kho vật tư thiết bị, bãi để ngun vật liệu... cùng các
cơng trình khác như giao thơng, thơng tin liên lạc...và các cơng trình phục vụ
cho công tác và sinh hoạt của cán bộ công nhân như: nhà quản lý vận hành,
văn phòng, nhà ở, bệnh viện, nhà văn hoá...
1.1.2. Đặc điểm kết cấu tuyến đập thủy điện
Tuyến đập cơng trình thủy điện là một trong những hạng mục quan
trọng nhất của cơng trình. Độ ổn định của tuyến đập trong q trình thi cơng
cũng như quản lý vận hành cơng trình là một trong những tiêu chí kỹ thuật
quan trọng được nêu ra trong thiết kế kỹ thuật cơng trình thủy điện.
Về hình dạng, đập thủy điện được chia ra làm 2 loại là đập thẳng và đập
vịm. Về vật liệu, có 2 loại đập là đập đất đá đổ và đập bê tông. Ở Nước ta,
các đập đất đá đổ điển hình là đập dâng của các nhà máy thủy điện Hịa bình,
Yaly, Sơng Hinh…, đa số các đập đất đá đổ đều được thiết kế xây dựng theo
dạng đập vòm. Trong thời gian gần đây, tuyến đập của các cơng trình thủy
điện thường được thiết kế và thi công dưới dạng đập bê tơng trọng lực. Ví dụ
như các tuyến đập thủy điện Sơn La, Pleikrông, Sê San 3, Sê San 4…ở Nước
ta. Các đặc trưng kỹ thuật cơ bản của đập bê tơng trọng lực là:
- Có kết cấu bằng bê tơng: Bê tông trọng lực, bê tông đầm lăn, bê tông

bản mặt.
- Thường có hai hạng mục chính là đập dâng và đập tràn. Đập dâng có
nhiệm vụ chắn nước để tạo ra hồ chứa trong các cơng trình thủy điện. Đập
tràn bao gồm các khoang tràn với các cửa van có thể đóng mở được có nhiệm
vụ điều tiết mực nước của hồ chứa.
- Cửa nhận nước: Sau tuyến đập thường có hạng mục cửa nhận nước để
dẫn nước vào các tuốc bin của nhà máy thủy điện. Đối với dạng nhà máy sau
đập thì cửa nhận nước gắn liền với tuyến đập. Đối với dạng nhà máy có tuyến
hầm dẫn thì cửa nhận nước nằm ở cuối tuyến đường ống áp lực dẫn nước vào
nhà máy.


13
Trên hình 1.1 và hình 1.2 giới thiệu tồn cảnh của một số loại đập thủy
điện điển hình đã và đang được xây dựng ở Việt nam.

Hình 1.1: Đập đất đá đổ dạng vịm tại thủy điện Hịa Bình

Hình 1.2: Đập bê tông trọng lực dạng thẳng tại thủy điện PleiKrong
1.2. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CƠNG TRÌNH

1.2.1. Khái niệm về chuyển dịch biến dạng cơng trình
Do tác động của các yếu tố tự nhiên và nhân tạo nên các cơng trình xây
dựng đều có thể bị chuyển dịch, biến dạng ở cả giai đoạn thi công cũng như
trong thời gian vận hành sử dụng.


14
Chuyển dịch cơng trình là sự thay đổi vị trí của cơng trình trong khơng
gian và diễn ra theo thời gian. Bao gồm chuyển dịch thẳng đứng và chuyển

dịch ngang.
Chuyển dịch thẳng đứng là sự thay đổi vị trí cơng trình theo phương
của dây dọi (thay đổi độ cao), theo chiều lên gọi là Trồi (ký hiệu là +S), theo
chiều xuống gọi là Lún (ký hiệu là -S).
Chuyển dịch ngang là sự thay đổi vị trí cơng trình trong mặt phẳng nằm
ngang, có thể diễn ra theo hướng bất kỳ hoặc theo một hướng xác định (theo
hướng áp lực lớn nhất), ký hiệu là Q.
Biến dạng cơng trình là sự thay đổi mối tương quan hình học của cơng
trình ở quy mô tổng thể hoặc ở các kết cấu thành phần. Biến dạng xẩy ra do
chuyển dịch không đều giữa các bộ phận cơng trình. Các biểu hiện của biến
dạng thường thấy là các hiện tượng như cong, vênh, vặn xoắn, rạn nứt cơng
trình.
1.2.2. Ngun nhân gây ra chuyển dịch biến dạng cơng trình thủy điện
Có nhiều ngun nhân gây ra chuyển dịch và biến dạng cơng trình thủy
điện, nhưng quy nạp lại có hai nhóm ngun nhân chính như sau:
1. Nhóm nguyên nhân thứ 1: là nhóm có liên quan đến các điều kiện tự nhiên,
cụ thể là:
- Do tính chất cơ lý của các lớp đất đá dưới nền móng cơng trình.
- Do ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng như nhiệt độ, độ ẩm, gió,
hướng chiếu sáng.
- Sự thay đổi chế độ nước mặt và nước ngầm.
- Sự vận động nội sinh trong lịng đất.
2. Nhóm nguyên nhân thứ 2: bao gồm các nguyên nhân có liên quan đến q
trình xây dựng và vận hành cơng trình, gồm có:


15
- Do sự gia tăng tải trọng của cơng trình.
- Do xây dựng cơng trình (xây ngầm hoặc xây chen).
- Do khai thác nước ngầm.

- Do những sai sót trong q trình khảo sát địa chất.
1.2.3. Mục đích và nhiệm vụ quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình
1. Mục đích
- Để xác định mức độ chuyển dịch và biến dạng cơng trình.
- Tìm ngun nhân gây ra chuyển dịch biến dạng cơng trình.
- Tìm biện pháp phịng và chống hậu quả của chuyển dịch biến dạng
cơng trình gây nên.
2. Nhiệm vụ:
- Thiết kế phương án quan trắc.
- Tổ chức đo đạc ngoại nghiệp.
- Xử lý số liệu đo, tính các thơng số chuyển dịch biến dạng cơng trình.
- Phân tích kết quả quan trắc và dự báo chuyển dịch, biến dạng của
cơng trình trong tương lai gần.
1.2.4. u cầu độ chính xác quan trắc
Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch chính là độ chính xác cần
thiết xác định chuyển dịch cơng trình, chỉ tiêu định lượng của đại lượng này
phụ thuộc chủ yếu vào tính chất cơ lý đất đá dưới nền móng, đặc điểm kết cấu
và vận hành cơng trình.
Có hai cách xác định u cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch, cách
thứ nhất là xác định theo giá trị chuyển dịch dự báo (được nêu trong bản thiết
kế cơng trình), cách thứ hai là xác định theo các tiêu chuẩn xây dựng, vận
hành công trình (được quy định trong các tiêu chuẩn ngành).


16
- Theo tiến độ dự báo, yêu cầu độ chính xác quan trắc được xác định
bằng cơng thức:

mQ ≤

Q
2ε

(1.1)

trong đó:

mQ - yêu cầu độ chính xác chuyển dịch ở thời điểm t i
Q - Giá trị chuyển dịch dự báo giữa 2 chu kỳ quan trắc

ε - hệ số đặc trưng cho độ tin cậy của kết quả quan trắc, phụ thuộc vào
xác xuất được chấp nhận. Đối với công tác quan trắc biến dạng thường lấy
xác xuất P=0.997, (tương ứng ε =3) và khi đó cơng thức tính độ chính xác
quan trắc chuyển dịch là:
mQ ≤ 0.17Q

(1.2)

Nếu chuyển dịch cơng trình có giá trị dự báo là nhỏ thì đại lượng

mQ tính theo cơng thức (1.2) cũng sẽ rất nhỏ, trong một số trường hợp sẽ rất
khó đạt tiêu chuẩn độ chính xác như vậy.
- Trong thực 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 cơng trình cụ thể
(các tiêu chuẩn này do cơ quan quản lý ngành ban hành). Yêu cầu độ chính xác
đối với cơng trình dân dụng- cơng nghiệp được đưa ra trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Yêu cầu độ chính xác đo lún và chuyển dịch ngang cơng trình
TT

Đối tượng quan trắc

Độ chính xác đo lún
và chuyển dịch ngang

1

Cơng trình bê tơng trên nền đá

1 mm

2

Cơng trình xây dựng trên nền đất nện, đất cát

2 mm

3

Cơng trình xây dựng trên nền đất kém chịu nén

10 mm


17
4

Cơng trình xây dựng từ vật liệu đất

15 mm

Đối với các cơng trình đặc biệt, cơng trình quan trọng địi hỏi độ chính
xác cao thì dựa vào đặc điểm, quy trình thi cơng và thời gian sử dụng cơng
trình mà tiến hành lập phương án quan trắc chuyển dịch ngang cho từng cơng
trình.
1.2.5. Chu kỳ quan trắc
Chu kỳ quan trắc là khoảng thời gian giữa các lần quan trắc. Việc xác
định khoảng thời gian hợp lý là rất quan trọng, nếu thời gian ngắn sẽ gây nên
lãng phí, nếu quá thưa sẽ bỏ qua những chuyển dịch lớn.
Thời gian thực hiện các chu kỳ quan trắc chuyển dịch được tiến hành
dựa vào các yếu tố: Loại cơng trình, loại nền móng cơng trình, đặc điểm áp
lực ngang, mức độ chuyển dịch ngang, lịch thi cơng cơng trình.
Việc quan trắc được thực hiện theo các chu kỳ và quy định như sau :
Chu kỳ đầu tiên được thực hiện khi các mốc chuẩn đã ổn định và cơng trình
chưa chịu áp lực ngang.
- Chu kỳ 2 được thực hiện ngay sau khi có áp lực ngang tác động tới
cơng trình.
Các chu kỳ tiếp theo được thực hiện tùy thuộc vào mức tăng, giảm áp lực
ngang tới cơng trình, nếu mức tăng giảm này vượt q 25% áp lực tính tốn.
- Thời kỳ vận hành cơng trình, việc quan trắc được tiến hành 1-2
lần/năm.
- Khi tốc độ chuyển dịch của cơng trình khơng vượt q 2mm/năm thì
có thể ngừng việc quan trắc.
- Trong điều kiện vận hành cơng trình hoặc mức độ chuyển dịch cơng
trình có thay đổi đột ngột thì phải quan trắc bổ sung.


18
1.3. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ LƯỚI QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG
CƠNG TRÌNH

1.3.1. Ngun lý quan trắc chuyển dịch ngang
Về định lượng, chuyển dịch của đối tượng bất kỳ trong mặt phẳng
ngang giữa 2 thời điểm quan trắc i và j được xác định thơng qua các đại lượng
sau (hình 1.3):
X
Y2

P2

Ο

QX

Q

X2

Y1
P1

Ο

QY
X1

O

Y

Hình 1.3: Chuyển dịch ngang cơng trình

- Chuyển dịch theo trục X
Q x = X (i ) − X ( j )

(1.3)

- Chuyển dịch theo trục Y
Q y = Y (i ) − Y ( j )

(1.4)

- Vector chuyển dịch toàn phần
Q = Q x2 + Q y2

(1.5)

Trong các công thức trên X(i), Y(i), X(j), Y(j) là tọa độ của đối tượng xác
định được trong chu kỳ thứ i và j.
Như vậy, chuyển dịch ngang cơng trình có thể được xác định bằng cách
đo và so sánh tọa độ của các điểm mốc quan trắc gắn tại những vị trí đặc
trưng trên cơng trình ở các chu kỳ quan trắc khác nhau. Để đo tọa độ các điểm
quan trắc với độ chính xác cần thiết, thường xây dựng mạng lưới trắc địa mặt
bằng chuyên dụng trong mỗi chu kỳ đo.


19
1.3.2. Thiết kế lưới mặt bằng quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình
Như đã nêu trong mục 1.3.1: chuyển dịch ngang cơng trình được xác
định trên cơ sở so sánh tọa độ các điểm quan trắc gắn trên cơng trình ở 2 chu
kỳ quan trắc khác nhau. Như vậy để thực hiện quan trắc chuyển dịch cần phải
xây dựng một mạng lưới khống chế với 2 loại điểm mốc:

- Hệ thống mốc loại 1 được xây dựng tại các vị trí cố định bên ngồi
phạm vi ảnh hưởng chuyển dịch của cơng trình, các mốc này có tác dụng là
cơ sở tọa độ gốc cho tồn bộ cơng tác quan trắc và được gọi là mốc khống chế
cơ sở. Yêu cầu đối với điểm mốc khống chế là phải có vị trí ổn định trong
suốt q trình quan trắc.
- Hệ thống mốc loại 2 là các mốc gắn trên công trình, cùng chuyển dịch
với đối tượng quan trắc và được gọi là mốc chuyển dịch (mốc quan trắc).
- Trong tất cả các chu kỳ quan trắc, cần phải định vị lưới trong cùng
một hệ thống tọa độ đã chọn từ chu kỳ đầu tiên. Nguyên tắc này đảm bảo cho
bậc lưới quan trắc không chịu ảnh hưởng do những chuyển dịch nếu có của
các điểm bậc lưới cơ sở.
- Việc bình sai lưới quan trắc phải được thực hiện sao cho các kết quả
bình sai khơng chịu ảnh hưởng của sai số số liệu gốc.
Cịn u cầu độ chính xác các bậc lưới thì như sau. Đối với lưới quan
trắc chuyển dịch ngang cơng trình, độ chính xác của mỗi bậc lưới cần phải
được xác lập xuất phát từ yêu cầu độ chính xác cần thiết của việc quan trắc
cho trong bảng 1.1. Theo đó, chỉ tiêu độ chính xác của mỗi bậc lưới được xác
định như sau [3]:
1. Sai số tọa độ tổng hợp:
Từ các cơng thức tính chuyển dịch:
Q X = X ( i ) − X ( j ) ⎫⎪
⎬
QY = Y ( i ) − Y ( j ) ⎪⎭


20
Coi độ chính xác đo trong các chu kỳ là như nhau, sẽ xác định được:
mQ2 X = m X2 ( i ) + m X2 ( j ) = 2.m X2 ⎫⎪
⎬
mQ2Y = mY2( i ) + mY2( j ) = 2.mY2 ⎪⎭

(1.6)

Ký hiệu mP là sai số tọa độ tổng hợp, sẽ có:
mQ2 = mQ2 X + mQ2Y = 2(m X2 + mY2 ) = 2mP2

(1.7)

Từ đó xác định được mối quan hệ giữa sai số vị trí điểm và sai số
chuyển dịch đối với điểm quan trắc:
mP =

mQ

(1.8)

2

2. Xác định sai số các bậc lưới
Trong hệ thống lưới có n bậc với hệ số giảm độ chính xác giữa các bậc
lưới là k, sai số tổng hợp các bậc lưới là mP thì sai số bậc lưới thứ i được xác
định theo công thức
mi =

mP .k i −1

(1.9)

1 + k 2 + ... + k 2 ( n−1)

Ví dụ: Đối với hệ thống lưới 2 cấp (n=2) và chọn hệ số giảm độ chính xác
k=2, với số liệu đưa ra trong bảng 1.1, tính được sai số tổng hợp và sai số các
cấp lưới như trong bảng 1.2:
Bảng 1.2: Yêu cầu độ chính xác các cấp lưới
TT

Hạng mục quan trắc

Sai số tổng hợp
(mm)

Sai số tọa độ
Lưới

Lưới

cơ sở

Q. trắc

1

Cơng trình bê tơng trên nền đá

0.7

0.3

0.6

2

Cơng trình trên nền đất nện

1.4

0.6

1.2

3

Cơng trình xây trên đất yếu

7.0

3.0

6.0

4

Cơng trình xây dựng từ vật

10.0

4.5

9.0

liệu đất


21
1.4. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH
NGANG CƠNG TRÌNH

Hiện nay trong thực tế sản xuất có nhiều phương quan trắc chuyển dịch
cơng trình như phương pháp đo đạc trên mặt đất, phương pháp chụp ảnh, ứng
dụng công nghệ GPS (Global Positioning System). Trong luận văn tác giả xin
giới thiệu các phương pháp đo đạc trên mặt đất.
Chuyển dịch ngang cơng trình được xác định trên cơ sở so sánh toạ độ
mốc quan trắc ở các thời điểm (chu kỳ) đo khác nhau. Tuỳ thuộc đặc điểm kết
cấu cơng trình, có thể thành lập lưới quan trắc bằng các phương pháp đo tọa
độ (tam giác, đa giác, giao hội) hoặc đo hướng .
1.4.1. Phương pháp tọa độ
Trong phương pháp tọa độ, chuyển dịch ngang của đối tượng quan trắc
được xác định trên cơ sở so sánh tọa độ của đối tượng đó ở các thời điểm
khác nhau theo các công thức từ 1.3 đến 1.5.
1. Phương pháp tam giác
Phương pháp tam giác (với các đồ hình đo góc, đo cạnh hoặc đo góc cạnh) thường được ứng dụng để quan trắc chuyển dịch ngang của các cơng
trình xây dựng ở các vùng đồi núi như các đập thủy lợi- thủy điện, cơng trình
cầu, đường…Các mốc quan trắc được bố trí ở những vị trí đặc trưng của cơng
trình, có kết cấu thuận tiện cho việc đặt máy, gương hoặc bảng ngắm. Để đo
các yếu tố (góc, cạnh). Trong lưới có thể sử dụng máy kinh vĩ hoặc máy tồn
đạc điện tử chính xác cao. Lưới quan trắc được tính tốn bình sai theo phương
pháp chặt chẽ để đảm bảo độ tin cậy của kết quả.
Lưới quan trắc được xây dựng theo hình thức tam giác thường là mạng
lưới dày đặc với đồ hình rất chặt chẽ, cho phép xác định tọa độ các điểm trong
lưới với độ chính xác cao. Tuy nhiên, do số lượng trị đo trong lưới tam giác

22
thường là lớn nên đo đạc trong mạng lưới cũng tốn nhiều thời gian, cơng sức
và các chi phí khác. Trên hình 1.4 nêu ví dụ về một mạng lưới quan trắc
chuyển dịch cơng trình.
C

1

A

D

2

B

3

E

Hình 1.4: Lưới tam giác trong quan trắc chuyển dịch ngang
A, B,…E là các điểm khống chế, đặt ngồi cơng trình.
1, 2, 3 là các điểm quan trắc gắn trên cơng trình.
Lưới quan trắc thành lập theo hình thức tam giác thường là mạng lưới
dày đặc với đồ hình rất chặt chẽ, cho phép xác định toạ độ các điểm trong lưới
với độ chính xác cao. Tuy nhiên, do số lượng trị đo trong lưới tam giác
thường lớn nên việc đo đạc trong mạng lưới cũng tốn nhiều thời gian, cơng
sức và các chi phí khác.

2. Phương pháp đa giác
Phương pháp đa giác được sử dụng để quan trắc chuyển dịch ngang của
những cơng trình có dạng hình cung như các tuyến đường, hầm giao thơng,
tuyến đập dạng vòm. Trên mỗi tuyến quan trắc được xây dựng 1 đường
chuyền qua các mốc gắn tại cơng 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 tồn đạc điện tử chính xác.


23
Tuyến đa giác để quan trắc chuyển dịch ngang công trình thường có
dạng gần với đường chuyền duỗi thẳng. Sai số vị trí các điểm của tuyến phụ
thuộc vào sai số đo góc m β và sai số đo cạnh m S , điểm yếu nhất (sau bình
sai) sẽ là điểm nằm ở giữa tuyến.
ß3
ß2

1
ß1

QT1

S1

QT2

S2

2

ß4

S3

ß7

3

ß6

ß5

S4
4

S5

S6

QT3

5
QT4

Hình 1.5: Sơ đồ lưới quan trắc trong phương pháp đa giác
3. Phương pháp giao hội
Các dạng lưới giao hội (giao hội góc, giao hội cạnh và giao hội góccạnh) có thể được áp dụng để quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình một
cách hiệu quả. Lưới giao hội dễ phù hợp với nhiều dạng địa hình, nhiều loại
cơng trình và triển khai thi cơng thuận tiện bằng các loại 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 kỹ 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) đặt tại các mốc quan trắc. Từ các điểm lưới khống
chế tiến hành đo các yếu tố cần thiết (góc hoặc cạnh) đến tất cả các điểm quan
trắc trên tuyến (Hình 1.6).
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:
- Khi chiều dài cạnh ngắn thì độ chính xác của giao hội góc và giao hội
cạnh là tương đương.


24
- 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 giao hội góccạnh cũng khơng tăng nhiều so với giao hội cạnh.
Từ những phân tích trên có thể nhận thấy: với các mạng lưới cỡ vừa và
lớn (chiều dài trong lưới giao hội dao động trong khoảng 300 ÷ 1500m ) thì
áp dụng giao hội cạnh là có lợi nhất.
M5
•

M9
•

M1•

M13
•

QT5 Δ

M17
•

M17
•

M25
•

M30
•
Δ QT9

QT4 Δ
QT3 Δ

Δ QT10
QT2 Δ

Hình 1.6: Sơ đồ lưới quan trắc theo phương pháp giao hội

1.4.2. Phương pháp hướng chuẩn
Trong những năm đầu của thập kỷ 70 các nhà Trắc địa ở Nga đã đề
xuất phương pháp hướng chuẩn để quan trắc chuyển dịch cơng trình dạng
thẳng như đập chắn nước hồ chứa, đập thuỷ điện, cầu…với nguyên tắc chủ
yếu như sau:
Qua hai điểm khống chế A và B, thành lập một mặt phẳng thẳng đứng
(mặt này được gọi là hướng chuẩn). Giả sử điểm i thuộc cơng trình có vị trí y 1
tại thời điểm t 1 và y 2 tại thời điểm t 2 (hình 1.7). Chuyển dịch của điểm i theo

hướng thẳng góc với hướng chuẩn có thể xác định trên cơ sở so sánh độ lệch