Giáo trình trắc địa công trình giao thông, thủy lợi (nghề trắc địa công trình cđtc) trường cao đẳng nghề xây dựng

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG, THỦY LỢI NGHỀ: TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG, TRUNG CẤP Quảng Ninh, năm 2021 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm Bài XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ Lưới khống chế mặt Tuyến đường cơng trình có dạng tuyến ta thường xây dựng lưới dạng đường chuyền kinh vĩ 1.1 Thiết kế lưới khống chế mặt Đường chuyền kín: Xuất phát từ điểm khép điểm làm thành đa giác kín Điểm xuất phát điểm khống chế biết, Ví dụ điểm A, điểm B hình (7.1.a) Số liệu biết trước góc phương vị AB (AB) toạ độ điểm B (XB, YB) Cần đo chiều dài cạnh góc đường chuyền Ngồi cịn phải đo góc nối phương vị O đường chuyền với cạnh gốc AB Trong trắc địa cơng trình, đường chuyền kín thường dùng để thiết lập điểm khống chế cho vùng đất tập trung vùng lòng hồ, vị trí cơng trình v.v Ở khu vực chưa có điểm khống chế bậc cao phải thiết lập đường chuyền kín độc lập Tức chọn lấy toạ độ giả định cho điểm đường chuyền, đo góc phương vị từ cạnh qua điểm có toạ độ giả định Từ toạ độ giả định, góc phương vị từ góc, cạnh đường chuyền tính toạ độ giả định điểm khác Hình 1.1.a Đường chuyền kín Đường chuyền hở (cịn gọi đường chuyền phù hợp) hình (7.1.b), xuất phát từ điểm khống chế bậc cao, phát triển khu đo nối vào điểm bậc cao khác đường chuyền hở dùng để thiết lập điểm khống chế cho vùng đất hẹp kéo dài lòng thung lũng, tuyến đường, kênh mương, đê v.v Lưới đo toàn góc kẹp trái tồn góc kẹp phải đường tính chuyền, đo tất cạnh Hình 1.1.b Đường chuyền phù hợp Đường chuyền nhánh(cịn gọi đường chuyền treo): thiết lập làm điểm khống chế bổ xung cho đường chuyền khơng đo ba điểm Trong thực tế công tác trắc địa ngồi bố trí dạng đường chuyền trên, cịn bố trí lưới đường chuyền gồm nhiều tuyến đường chuyền tạo thành vòng khép điểm nút Hình 1.1.c Đường chuyền nhánh Hình 1.1.d Đường chuyền phù hợp Quy trình lập lưới khống chế theo phương pháp đường chuyền kinh vĩ thực theo hai giai đoạn: giai đoạn ngoại nghiệp giai đoạn nội nghiệp Công tác ngoại nghiệp gồm: thiết kế đường chuyền, khảo sát chọn điểm, chơn mốc ngồi thực địa, đo cạnh đo góc ngang đường chuyền Trước thiết kế đường chuyền cần nghiên cứu đồ cũ, nghiên cứu địa hình, địa vật khu đo, tìm kiếm điểm khống chế cấp cao xây dựng từ trước đánh giá xem chúng sử dụng hay không Các điểm đường chuyền phải phân bố khu đo, đặt nơi quang đãng khống chế nhiều địa hình địa vật xung quanh, thuận lợi cho đo vẽ chi tiết đồ Căn vào đặc điểm địa hình, địa vật điểm khống chế cấp cao để chọn hình dáng chung đường chuyền, tìm điểm xuất phát, điểm ngoặt điểm kết thúc đánh dấu điểm thiết kế lên đồ Có thể thiết kế nhiều phương án so sánh chọn lấy phương án tốt Dựa vào tỷ lệ đồ cần đo vẽ yêu cầu độ xác điểm đường chuyền mà người ta xác định số tiêu chuẩn đường chuyền kinh vĩ Các đường chuyền thiết kế cần đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật quy định quy phạm đo vẽ đồ tỷ lệ lớn: - Chiều dài cạnh trung bình 150  250m; - Cạnh dài không vượt 350m; - Cạnh ngắn không ngắn 20m; - Sai số trung phương đo góc 30”; - Sai số khép tương đối giới hạn 1:2000 1:1000 Tổng chiều dài cạnh đường chuyền kinh vĩ dạng phù hợp không vượt quy định bảng 1-1 Bảng 1.1 Tổng chiều dài cạnh đường chuyền kinh vĩ theo tỷ lệ đường chuyền Tỷ lệ đồ 1:500 1:1000 1:2000 1:5000 Khu vực quang đãng 0,6km 1,2km 2,0km 4,0km Khu vực rừng núi 1,0km 1,5km 3,0km 5,0km Đối với tuyến đường chuyền nối hai điểm nút chiều dài đường chuyền phải giảm 30% so với quy định bảng 1.1 1.2 Chọn điểm, chôn mốc Sau thiết kế phòng, ta đem thiết kế thực địa khảo sát lại vị trí điểm chọn điểm thức Điểm đường chuyền phải đặt đất vững chắc, đảm bảo thông hướng với điểm bên cạnh để dễ dàng đặt máy đo góc đo dài cạnh Tại điểm đường chuyền chọn phải chơn mốc để đánh dấu vị trí điểm Tuỳ theo u cầu cơng việc mà sử dụng loại mốc tạm thời cọc gỗ loại mốc sử dụng lâu dài bê tơng Cọc gỗ có đường kính  8cm, dài 40  60cm, đầu cọc có đóng đinh sắt nhỏ làm tâm mốc Mốc bê tơng đỉnh có gắn lõi thép dấu sứ có dấu chữ thập làm tâm mốc Trên đầu cọc dùng sơn ghi tên điểm Để dễ tìm, phải làm dấu nhận biết đào rãnh xung quanh, đóng cọc hiệu bên cạnh vẽ phác vị trí mốc vào sổ 1.3 Đo đạc lưới khống chế mặt Trước đo đường chuyền cần phải kiểm nghiệm điều chỉnh máy kinh vĩ, máy đo dài thước thép Tại điểm đường chuyền, kể điểm cấp cao nối với đường chuyền phải đặt máy kinh vĩ để đo góc ngang Khi đo góc phải quy định rõ hướng đo góc, đo tất góc nằm phía trái phía phải đường chuyền Sử dụng máy kinh vĩ có độ xác 30” đo góc với vịng đo, giữ vịng đo phải thay đổi vị trí bàn độ 90 o Giá trị góc vịng đo khơng chênh lệch 45” Sai số khép góc đo cho phép đường chuyền kinh vĩ là: (1.1) f gh =  n Trong n số góc đo đường chuyền Chiều dài cạnh đường chuyền đo trực tiếp thước thép phải đo đo Độ chênh lệch hai lần đo cạnh phải nhỏ 1: 2000 khu quang đãng 1:1000 vùng núi Nơi dốc hơn1,5o phải đo góc nghiêng để tính chuyển cạnh chiều dài nằm ngang Ngày máy đo dài điện quang máy toàn đạc điện tử sử dụng rộng rãi, ta sử dụng máy để kết hợp đo đồng thời góc cạnh đường chuyền kinh vĩ Kết đo góc đo dài phải ghi chép đầy đủ vào sổ theo mẫu quy định, khơng tẩy xố phải tính tốn, kiểm tra chặt chẽ Sau kiểm tra tồn sổ đo góc, đo cạnh, tính giá trị trung bình trị đo cơng tác nội nghiệp bắt đầu Công tác nội nghiệp gồm tính tốn bình sai, đánh giá độ xác viết báo cáo kỹ thuật Mục đích cuối việc tính tốn đường chuyền tìm toạ độ xác điểm cần xác định đường chuyền Do kết đo có tồn sai số đo nên trước tính toạ độ thức, cần tìm cách phát sai số đo sau tính tốn hiệu chỉnh kết đo để đại lượng đo thoả mãn điều kiện tốn học Cơng việc gọi bình sai đường chuyền Đối với mạng lưới trắc địa có độ xác cao cần sử dụng phương pháp bình sai chặt chẽ Đường chuyền kinh vĩ loại lưới khống chế đo vẽ có độ xác thấp nên dùng phương pháp bình sai gần Do hạn chế chương trình, xin giới thiệu phương pháp bình sai gần đường chuyền kinh vĩ phù hợp khép kín khơng khép kín 1.4 Bình sai lưới khống chế mặt a Tính tốn bình sai đường chuyền kinh vĩ khép kín Ta xét trình tự tính tốn đường chuyền kinh vĩ khép kín sơ đồ hình (1.1.a) Xuất phát từ điểm khống chế biết, Ví dụ điểm B khép điểm làm thành đa giác kín Số liệu biết trước góc phương vị AB (AB) toạ độ điểm B (XB, YB) Các cạnh góc đường chuyền, góc nối phương vị O đường chuyền với cạnh gốc AB lấy từ sổ đo ngoại nghiệp Bước 1- Kiểm tra sai số khép góc hiệu chỉnh góc ngang đường chuyền Giả sử số đỉnh đa giác n, đa giác phẳng nên tổng góc đa giác theo lý thuyết là: (1.2) lt = (n-2) 180o Dùng kết đo ta tính tổng góc đo đa giác Do góc đo có chứa sai số nên tổng góc đo khơng tổng góc lý thuyết, độ chênh hai tổng góc gọi sai số khép đo góc: (1.3) f = đo - lt Sai số khép góc đo phải nhỏ giới hạn cho phép Theo lý thuyết sai số ta lấy sai số giới hạn hai lần sai số trung phương, tức là: (1.4) gh = 2.m Sai số giới hạn tổng n góc đường chuyền khép kín tính theo công thức: f gh = 2.m n (1.5) Sai số trung phương đo góc quy định 30” nên sai số khép giới hạn đường chuyền đo góc là: (1.6) f gh = 60 n Kiểm tra chất lượng kết đo góc đường chuyền cách so sánh sai số khép đo góc với sai số khép giới hạn, điều kiện là: f   f gh (1.7) Nếu thoả mãn điều kiện (1.7) phân phối sai số khép góc với dấu ngược lại cho n góc đo tức tính số hiệu chỉnh góc góc sau hiệu chỉnh theo cơng thức: − f (1.8) v = n vhc = i + vi = i − (7.9) f n Kiểm tra tính tốn cách lấy tổng hc, phải tổng góc lý thuyết Bước2: Tính góc phương vị cho cạnh đường chuyền Góc phương vị cạnh đường chuyền tính dựa vào góc hiệu chỉnh theo công thức sau đây: 12 =  AB − 1800 +    23 = 12 + 180 −   =  + 1800 −   34 23   45 =  34 + 180 −   =  + 1800 −  45  51  AB =  51 + 180 − ( 1 +  ) (1.10) Chú ý: Để kiểm tra việc tính phương vị cạnh đường chuyền kinh vĩ khép kín, ta tính lại góc phương vị cạnh lần Bước 3: Kiểm tra sai số khép toạ độ tính toạ độ điểm đường chuyền kinh vĩ Dùng chiều dài cạnh Si góc định hướng i vừa tính để tính gia số toạ độ cạnh đường chuyền theo công thức: xij = Si j cos i j  j yi = Si j sin  i j (1.11) Đối với đường chuyền có dạng khép kín theo lý thuyết ta có tổng gia số toạ độ n cạnh phải 0:  xlt = (1.12)   ylt = Do kết đo chiều dài cạnh đường chuyền Si có sai số, mặt khác góc i tồn sai số góc định hướng i có sai số nên gia số toạ độ xi , yi tính theo cơng thức (1.11) có sai số Nếu dùng gia số toạ độ để tính chuyền toạ độ qua điểm theo vịng khép kín ta khơng điểm B mà điểm B’ không trùng với B Đoạn BB’ gọi sai số khép vị trí điểm, ký hiệu f s Chiếu fs xuống hai trục toạ độ ta sai số khép toạ độ fx fy hình(1-3) Tổng lý thuyết gia số toạ độ vịng kín nên ta có sai số khép toạ độ:  f x =  x ij  j  f y =  y i (1.13) Sai số khép vị trí điểm tính theo cơng thức: fS = f x2 + f y2 (1.14) Tổng chiều dài cạnh toàn đường chuyền L= S, Ta tính sai số khép tương đối đường chuyền: f 1 (1.15) = S =  T L (L / fS ) 2000 Ở vùng núi lấy 1/ Tgh = 1/1000 Nếu kết tính tốn khơng đảm bảo điều kiện (7.12) cần phải phát sai số qua việc kiểm tra tính tốn, sổ đo phải đo lại cạnh Nếu kiểm tra đạt u cầu tính số hiệu chỉnh gia số toạ độ theo nguyên tắc: đổi dấu sai số khép fx, fy phân phối tỷ lệ thuận với chiều dài cạnh: fx j  v xij = − L S i  v = − f y S j i  yij L (1.16) Kiểm tra theo công thức:   v x j = − f x  i   v yij = − f y (1.17) Gia số toạ độ cạnh thứ ij sau bình sai là: x ij hc = x ij + v x j  i  j j y i hc = y i + v yij (1.18) Kiểm tra theo công thức: j   x i hc =  x lt =  j   y i hc =  y lt = (1.19) Dựa vào toạ độ điểm đầu B biết gia số toạ độ cạnh hiệu chỉnh ta tính toạ độ điểm đường chuyền: (1.20)  x j = x i + x ij hc  j  y j = y i + y i hc Toạ độ điểm đầu B (trùng với điểm thứ n) tính lần theo vịng kín dùng để kiểm tra q trình tính tốn b Tính tốn bình sai đường chuyền kinh vĩ phù hợp khơng khép kín Qx = X (i ) − X ( j )  (i ) ( j)  Qy = Y − Y  2  Q = Qx + Qy  Qy   = arctg  Qx  (28) Trong đó: X(i) ,Y(i) , X(j), Y(j) tọa độ điểm quan trắc xác định chu kỳ thứ i j Qx, Qy chuyển dịch điểm quan trắc theo trục OX, OY  giá trị hướng chuyển dịch toàn phần Sai số trung phương xác định chuyển dịch tồn phần điểm quan trắc tính theo công thức: mQ = m2x + m2y = mQ2 x + mQy I (29) VI V II IV III Hình 22 Lưới tam giác chuyển dịch ngang 2.1.2 Phương pháp đường chuyền (đa giác) Phương pháp thường ứng dụng để quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình có dạng hình cung đường hầm cong, đập cong Trên tuyến quan trắc xây dựng đường chuyền qua mốc gắn cơng trình, đầu dựa điểm khống chế sở đo nối phương vị gốc Đo góc, cạnh tuyến đường chuyền máy tồn đạc điện tử xác Như hình (23) điểm I, II, II, IV điểm lưới sở; 1, 2, 3, điểm quan trắc 58 III II I IV Hình 23 Lưới đường chuyền chuyển dịch ngang Tuyến đa giác để quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình thường có dạng gần với đường chuyền duỗi thẳng Sai số vị trí điểm tuyến phụ thuộc vào sai số đo góc m, sai số đo cạnh mS, điểm yếu (sau bình sai) điểm nằm tuyến ước lượng gần sau: Trước hết tính sai số trung phương vị trí điểm cuối đường chuyền (sau hiệu chỉnh góc sơ bộ): M = n.mS2 + m2  S n(n + 1)(n + 2) 12 (30) Tính sai số trung phương vị trí điểmyếu sau bình sai theo cơng thức: M M yeu = (31) 2.5 Trong công thức trên: m, mS sai số đo góc, sai số đo cạnh; n số cạnh đường chuyền, S chiều dài cạnh đường chuyền 2.1.3 Phương pháp giao hội III 07 II I 06 01 02 03 05 Hình 24 Lưới giao hội chuyển dịch ngang 59 09 08 Các dạng lưới giao hội (giao hội góc, giao hội cạnh giao hội góc- cạnh) áp dụng để quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình cách hiệu Lưới giao hội dễ phù hợp với nhiều dạng địa hình, nhiều loại cơng trình triển khai thi cơng thuận tiện loại máy toàn đạc điện tử Khi thiết kế phương án cần cân nhắc, lựa chọn đồ hình giao hội phù hợp, để vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật quan trắc, vừa đạt hiệu kinh tế công việc Phương pháp sử dụng điều kiện cơng trình khơng thể thành lập hướng chuẩn số lượng điểm kiểm tra không nhiều (3- 5điểm) Trong lưới giao hội, máy đo đặt điểm khống chế sở, tiêu ngắm (hoặc gương) đặt mốc quan trắc Từ điểm mốc lưới sở tiến hành đo yếu tố cần thiết (góc cạnh) đến tất cẩ điểm quan trắc tuyến Để quan trắc chuyển dịch ngang phương pháp đo hướng phải bố trí điểm sở vị trí ổn định điểm I, II, III (hình 24) Trong có điểm (ví dụ điểm III) tạo thành với điểm kiểm tra 1, 2, 3, hướng vng góc với hướng dự kiến chuyển dịch cơng trình, cịn góc giao hội khơng nhỏ 30o Mỗi chu kỳ quan trắc tiến hành sau: - Đo kiểm tra độ ổn định mốc sở cách giao hội nghịch đến điểm khống chế sơ sở xa (Oi) - Đo góc điểm sở điểm kiểm tra, từ so sánh kết đo chu kỳ tính giá tri thay đổi hướng đến điểm kiểm tra Giá trị chuyển dịch điểm điểm kiểm tra tính theo cơng thức: Qi = li '' i (32)  '' Trong đó: li khoảng cách từ diểm sở đến điểm kiểm tra i βi lượng thay đổi hướng đến Trong tất chu kỳ quan trắc, hướng định hướng IO1, IO1, … phải Sai số trung phương xác định chuyển dịch điểm thứ i tính theo cơng thức: mQi = li m i (33)  Nếu hướng đo độ xác chu kỳ quan trắc ta có: mQi = li m (34)  Nhiều kết khảo sát lý thuyết thực nghiệm cho thấy tương quan độ xác đồ hình lưới giao hội góc, giao hội cạnh giao hội góc- cạnh sau: - Khi chiều dài cạnh ngắn độ xác giao hội góc giao hội cạnh tương đương 60 - Khi chiều dài cạnh tăng lên độ xác lưới giao hội góc giảm nhanh so với lưới giao hội cạnh, đồng thời độ xác lưới giao hội góc- cạnh không tăng nhiều so với giao hội cạnh Từ phân tích nhận thấy: Với mạng lưới cỡ vừa lớn (chiều dài lưới giao hội dao động khoảng 300- 1500m) áp dụng giao hội cạnh có lợi Quan trắc dịch chuyển ngang phương pháp hướng chuẩn 3.1 Khái niệm chung a Hướng chuẩn độ lệch hướng chuẩn: * Hướng chuẩn: Hướng chuẩn qua hai điểm mặt phẳng thẳng đứng qua hai điểm Quan trắc chuyển dịch ngang theo phương pháp hướng chuẩn: Thực chất xác định khoảng cách từ điểm kiểm tra i tới mặt phẳng thẳng đứng (hướng chuẩn) nhiều thời điểm khác so sánh với Phương pháp hướng chuẩn áp dụng nhiều lĩnh vực trắc địa cơng trình: Trong định vị cơng trình, đo vẽ hồn cơng, đo chuyển dịch ngang cơng trình dạng thẳng (các trụ cầu, đập thuỷ điện dạng thẳng…) Thơng thường hướng chuẩn bố trí dọc cơng trình qua cơng trình vng góc với hướng áp lực Các điểm kiểm tra gắn công trình lân cận với hướng chuẩn ( 5cm) trực tiếp chuyển dịch cơng trình * Độ lệch hướng chuẩn: Độ lệch hướng chuẩn điểm i so với hướng chuẩn khoảng cách từ điểm i đến mặt phẳng thẳng đứng (hướng chuẩn) b Phương pháp thành lập hướng chuẩn Tùy theo phương pháp thành lập hướng chuẩn mà phân biệt: - Hướng chuẩn học: Một sợi dây mảnh căng qua hai điểm cố định - Hướng chuẩn quang học: Tia ngắm từ điểm đặt máy đến điểm đặt tiêu - Hướng chuẩn lade: Tia lade từ điểm đặt máy đến điểm đặt tiêu Hướng chuẩn quang học loại sử dụng phổ biến trắc địa tính đơn giản, khả tạo lập hướng chuẩn có chiều dài lớn Sơ đồ phân bố mốc sở, mốc quan trắc hướng chuẩn mốc kiểm tra đơn giản hình (25) Trong đó: A1, A2 mốc sở (của lưới khống chế sở); I, II mốc quan trắc hướng chuẩn; 1,2,3,4,5,6 mốc kiểm tra (chuyển dịch); y i độ lệch hướng điểm i Hình Sơ đồ phân bố mốc 3.2 Phương pháp đo độ lệch hướng 61 Trong phương pháp hướng chuẩn quang học có hai cách đo độ lệch hướng phương pháp đo góc nhỏ phương pháp bảng ngắm di động a Phương pháp góc nhỏ: Dùng bảng ngắm cố định + Đặt máy điểm I (máy kính vĩ xác), bảng ngắm cố định điểm II, ta có hướng chuẩn I- II Đặt bảng ngắm cố định điểm kiểm tra: 1, 2, 3… (các điểm kiểm tra phải định tâm bắt buộc với bảng ngắm máy) Đo góc nhỏ βi, đo khoảng cách li Độ lệch hướng chuẩn điểm i tính theo cơng thức: yi = li tgβi (35) Vì góc βi nhỏ nên viết: yi = i''  '' li yi = i li  ''  '' (36) Sai số trung phương độ lệch hướng chuẩn tính theo cơng thức: 2   "  l  m = m   +  i  m2  "  " yi li (37) Các điểm kiểm tra thường lệch với hướng chuẩn khoảng vài cm, góc βi nhỏ nên (’’/’’)2 bỏ qua, ta có: my = li m''  (38) " Cần nhấn mạnh rằng, góc nhỏ góc đo mà không cần mở ốc hãm bàn độ ngang, loại máy kinh vĩ, máy toàn đạc điện tử xác, giá trị góc nằm khoảng từ 2- 6o Có thể dễ đạt độ xác cao đo góc nhỏ số nguồn sai số giảm đến mức tối đa sai số trôi bàn độ ngang, sai số khắc vạch bàn độ, sai số chiết quang ngang Ngoài đồ hình góc nhỏ ảnh hưởng sai số đo chiều dài không đáng kể bỏ qua Trong chu kỳ cần đo góc βi cịn khoảng cách li đo lần chu kỳ sử dụng cho tất chu kỳ sau b Phương pháp bảng ngắm di động * Cấu tạo bảng ngắm di động: Bảng ngắm di động thiết bị ngắm chun dùng, (trên hình 26) gồm có bảng ngắm (1) đặt có khả trượt thước vạch (2), vạch khắc mm “0” giữa, đánh số tăng (giảm) dần bên phải (trái) thước Thước khắc vạch đặt cố định lên đế (3) * Phương pháp đo: Đặt máy I, bảng ngắm cố định II, Hình 26 Bảng ngắm di thành lập hướng chuẩn I- II Lần lượt đặt bảng động ngắm di động điểm kiểm tra i: 1, 2, …sao cho thước khắc vạch thẳng góc với hướng I- II 62 Dùng vít vi động điều chỉnh bảng ngắm tia ngắm máy kinh vĩ qua tâm bảng ngắm Độ lệch hướng chuẩn (yi) xác định hiệu số đọc thước khắc vạch thời điểm quan trắc số đọc ban đầu thước (hình 27) Hình 27 Đo độ lệch hướng bảng ngắm di động Số đọc ban đầu số đọc trục đối xứng bảng ngắm qua tâm mốc Muốn có số đọc cần đọc số lần (một lần bảng ngắm quay phía máy lần thứ hai quay bảng ngắm 180o so với vị trí ban đầu) lấy trị trung bình Cần phải đo ngắm hai vị trí bàn độ đứng máy kinh vĩ để khử sai số 2C Đối với mốc kiểm tra i thường phải đo 2- lần lấy trị trung bình Sai số trung phương độ lệch y tính theo cơng thức: my2 = l2 2 (m02 + mng + m2f ) (39) Trong đó: mo sai số định hướng chuẩn mng sai số đưa bảng ngắm vào hướng chuẩn mf sai số điều quang l khoảng cách từ máy đến điểm kiểm tra Nếu lấy mo= mng= mf = 20”/vx (v độ phóng đại ống kính) : my = 20 '' l li v. " (40) Chuyển dịch ngang điểm kiểm tra tính từ chu kỳ đầu tiến dến chu kỳ thứ j tính theo cơng thức: u j ,1 = y j − y1 (41) Chuyển dịch ngang điểm kiểm tra chu kỳ j j-1 tính theo cơng thức: u j , j −1 = y j − y j −1 (42) 63 Khi chu kỳ đo độ xác thì: mu = my (43) Lấy giá trị my từ công thức (38), (40), (43) ta có: mX P = mS1 mS2 mS21 + mS22 (44) Và mu y = 20 '' l  '' v (45) Từ công thức (44) (45) ta thấy sai số xác định chuyển dịch ngang phương pháp hướng chuẩn tỷ lệ thuận với khoảng cách từ máy đến điểm kiểm tra Khi dùng máy kinh vĩ độ xác cao, sai số khoảng 1mm chiều dài hướng chuẩn 200m 5mm chiều dài hướng chuẩn 1km Nhưng nhiều cơng trình đại đập thủy lợi- thủy điện, cầu vượt có chiều dài lớn lại địi hỏi độ xác quan trắc chuyển dịch ngang cao hơn: 0,51mm Do phải tìm sơ đồ biện pháp đo hướng chuẩn thích hợp để đảm bảo u cầu độ xác đo ngắm điều kiện khác 3.3 Quan trắc ngang phương pháp hướng chuẩn Trong phương pháp hướng chuẩn thường lấy trục hoành trùng với hướng chuẩn trục tung vng góc với Chuyển dịch ngang điểm cơng trình thay đổi tung độ điểm chu kỳ quan trắc khác Giả sử điểm i điểm quan trắc, chu kỳ có vị trí i1 với độ lệch hướng chuẩn y1 chu kỳ có vị trí i2 với độ lệch hướng chuẩn y2 (hình 28) Hình 28 Xác định chuyển dịch ngang theo hướng chuẩn Khi chuyển dịch điểm i theo hướng vng góc với hướng chuẩn gốc I- II tính theo công thức: Qy = y2 − y1 (46) Phương pháp hướng chuẩn có ưu điểm đơn giản, dễ thực cho độ xác cao, nhiên nhược điểm phương pháp quan trắc cho phép xác định chuyển dịch theo hướng (vng góc với hướng chuẩn) Nếu đo độ lệch hướng đo gần khoảng cách từ điểm quan trắc đến điểm khống chế hai đầu hướng khơng xác định chuyển dịch điểm quan trắc theo hướng song song với hướng chuẩn (QX) Tuy nhiên với việc sử dụng sản xuất loại máy toàn đạc điện tử xác cao, chuyển dịch theo hướng 64 cịn lại xác định đo bổ sung chiều dài cạnh từ điểm khống chế dến điểm quan trắc trị đo cạnh xác Hình 29 Đo cạnh hướng chuẩn Giả sử với đồ hình hình (29), ngồi việc đo độ lệch hướng (y) điểm P so với hướng chuẩn I- II, thực đo bổ sung thêm cạnh l1 = IP, l2 = IIP với sai số trung phương tương ứng ml1, ml2 Khi xác định hồnh độ điểm P theo cơng thức: X P = X I + l1cos1 X P = X II + l2 cos Hoặc Sai số vị trí điểm P theo hướng trục hoành (Xp) xác định theo nguyên tắc trung bình cộng trọng số thể qua công thức: mX P = ml1 ml2 (47) ml21 + ml22 3.4 Sơ đồ đo hướng chuẩn a Sơ đồ hướng toàn phần * Điều kiện áp dụng: Khi chiều dài hướng chuẩn không lớn * Phương pháp đo: (hình 30) Hình 30 Sơ đồ hướng tồn phần + 65 Đo thuận: Đặt máy I, định hướng bảng ngắm cố định II ta hướng chuẩn I- II, đo độ lệch hướng điểm kiểm tra 1, 2, 3… , n, đo hai vị trí bàn độ đứng bên trái bên phải + Đo nghịch: Đặt máy II định hướng I, ta hướng chuẩn II- I, đo độ lệch hướng điểm n, n-1 …3, 2, * Độ xác: Cơng thức tính sai số trung phương độ lệch hướng điểm i là: m yi = limc " " (48) Trong đó: mc sai số đo phương pháp đo góc nhỏ phương pháp bảng ngắm di động Sai số trung phương trị trung bình lần đo thuận đo nghịch là: my = i mc  lI i lII i lI2.i + lII2 i (49) b Sơ đồ hướng phần * Phương pháp đo: (hình 31) Hình 31 Sơ đồ hướng phần Hướng chuẩn I- II chia làm nhiều phần tiến hành đo sau Đo đi: Định hướng I- II, đo điểm Định hướng I- đo điểm 2, định hướng II- đo điểm Đinh hướng I- đo điểm 1, định hướng 2- đo điểm Định hướng 4- đo điểm 5, định hướng 6- II đo điểm Đo về: Đặt máy II, định hướng I đo sau Định hướng II- I, đo điểm Định hướng II- đo điểm 6, định hướng I- đo điểm Đinh hướng II- đo điểm 7, định hướng 6- đo điểm Định hướng 2- đo điểm 3, định hướng 2- I đo điểm 66 * Tính độ lệch hướng Ký hiệu độ lệch hướng điểm kiểm tra so với hướng chuẩn I- II yi đại lượng đo tương ứng qi, ta có:  y4 = q4   y2 = q2 + q4 lI lI    y6 = q6 + q4 lII  lII   y = q + q lI + q lI  1 lI lI   l l  y3 = q3 + q2 34 + q4 I l24 lI   l l  y5 = q5 + q4 II + q6 45 l4 II l46    y7 = q7 + q4 l7 II + q6 l7 II  l4 II l6 II (50) * Độ xác Nếu khoảng cách mốc kiểm tra ký hiệu mqi = li mC"/”, theo (48) ta có sai số trung phương độ lệch hướng đo theo chiều (đo đo về):  mC" m = lI − II  y4  "   mC" m = m = lI − II  y2 y6 2 "   " m = m = mC l y7 I − II  y1 "  11 mC"  m = m = lI − II y5  y3 "  (51) Sai số trung phương trị trung bình độ lệch hướng đo đo điểm kiểm tra nhỏ lần so với giá trị công thức (51) c Sơ đồ hướng nhích dần * Phương pháp đo: (hình 32) Hình 32 Sơ đồ hướng nhích dần 67 Đo đi: Đặt máy I, định hướng II hướng chuẩn I- II, đo điểm Đặt máy 1, định hướng II hướng chuẩn 1- II, đo điểm Đặt máy 2, định hướng II hướng chuẩn 2- II, đo điểm Đặt máy 3, định hướng II hướng chuẩn 3- II, đo điểm Tiếp tục nhích dần điểm cuối Đo về: Đặt máy II, định hướng I hướng chuẩn II- I, đo điểm đặt máy 7, định hướng I hướng chuẩn 7- I, đo điểm Tiếp tục nhích dần điểm cuối * Tính độ lệch hướng sai số trung phương Đo đi:  y = q   l  II y = q + q  2 1l  1II  l l  3II + q 3II y = q + q (52)  3 2l 1l  II 1II      l l l l l l  y = q + q II + q II + q II + q II + q II + q II 6l 5l 4l 3l 2l 1l  II II II 3II II 1II  Đo về:   y '7 = q '7   l6 I  y '6 = q '6 + q '7 l7 I   l5 I l + q '7 I  y '5 = q '5 + q '6 l6 I l7 I      l l l l l l  y '1 = q '1 + q '2 1I + q '3 1I + q '4 1I + q '5 1I + q '6 1II + q '7 1I l2 I l3 I l4 I l5 I l6 I l7 I  (53) Trong sơ đồ hướng nhích dần, khoảng cách mốc kiểm tra xem sai số đo (mq ) không đổi: m "C" l I − II mq = ' ' n (54) Trong n số đoạn tồn hướng I- II 68 Dễ dàng nhận thấy độ xác độ lệch hướng điểm đo đo không Công thức tổng quát để tính sai số trung phương độ lệch hướng điểm i: - Đo đi: k =i  n−i  m 2yi = m 2q    k =1  n − k  (55) - Đo về: m y'i =m k =n −i q  k =1  i    n−k (56) Trong đó: i số hiệu điểm K số hiệu trị đo q, (k = 1, 2, 3,… n- 1) N số đoạn toàn hướng chuẩn Trọng số trị trung bình đo đo về: Pi = pi + pi’ Sai số trung phương trị trung bình: m yi = Pi Hoặc: m yi = m yi m y ' i m 2yi + m 2y ' i (57) Qua nghiên cứu số liệu thực tế cho thấy sơ đồ hướng nhích dần có độ xác cao nhất, sơ đồ hướng tồn phần sơ đồ phân đoạn có độ xác gần Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể cơng trình mà sử dụng kết hợp sơ đồ kết hợp với phương pháp khác để vừa bảo đảm độ xác, vừa thuận tiện cho việc đo ngắm Đặc điểm tổ chức đo đạc chu kỳ quan trắc 4.1 Máy móc thiết bị đo lưới quan trắc a Máy đo góc đo chiều dài Hiện máy đo sử dụng đo góc đo chiều dài lưới quan trắc chuyển dịch chủ yếu loại máy tồn đạc điện tử xác, cho phép đo đồng thời góc ngang chiều dài Các loại máy sử dụng rộng rãi TC2002 (2003),Geodimeter, DTM, Các loại máy thường có thơng số độ xác: - Sai số đo góc: m = 0.5”-1” - Sai số đo chiều dài: mS=a+ b.D.10-6, a  b (1- 2)mm Máy đo cần kiểm nghiệm, hiệu chỉnh cẩn thận trước đưa vào sử dụng Trong đặc biệt ý đến nguồn sai số máy có ảnh hưởng trực tiếp đến kết độ xác đo hướng góc ngang b Bảng ngắm 69 Bảng ngắm trắc địa công trình có dạng bảng phẳng với đường vạch sơn, hình dạng đường vạch hình trịn đồng tâm, vạch đứng hình tam giác Đường vạch bảng ngắm có màu sắc tương phản để thuận tiện bắt tiêu đo ngắm Nếu vạch đứng chiều rộng chiều cao vạch sơn bảng ngắm phải tính tốn phù hợp với khoảng cách đo ngắm, bảo đảm sai số bắt mục tiêu nhỏ Các kết khảo sát lý thuyết thực nghiệm xác định rằng, loại bảng ngắm có vạch thẳng chiều cao vạch cần chọn lớn gấp lần chiều rộng Chiều rộng vạch khắc phải tính tốn để đo ngắm, hình ảnh vạch chiếm khoảng 1/3 bề rộng đường kép ống kính máy kinh vĩ: b= u '' S 3 '' (58) Trong u’’ giá trị góc nhìn hai dây (chỉ kép) màng dây chữ thập ống kính ngắm, S khoảng cách từ máy đến bảng ngắm Có loại bảng ngắm bảng ngắm cố định bảng ngắm di động (hình 33) * Bảng ngắm cố định (hình 33.a): Được sử dụng đo góc dùng để định hướng Trước sử dụng cần kiểm tra xác định độ lệch tâm vạch dấu * Bảng ngắm di động (hình 33.b): Dùng để đo trực tiếp độ lệch hướng quan trắc chuyển dịch ngang theo phương pháp hướng chuẩn Trước sử dụng cần xác định số đọc chuẩn ban đầu Hình 33 Cấu tạo bảng ngắm 4.2 Đo góc đo dài lưới quan trắc chuyển dịch ngang Lưới khống chế trắc địa quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình thành lập khu vực với điều kiện riêng, việc tổ chức phương pháp đo góc, đo dài có số đặc điểm khác với trường hợp thơng thường 70 Có yếu tố sau ảnh hưởng đến độ xác đo góc đo chiều dài mạng lưới quan trắc chuyển dịch ngang công trình: - Lưới quan trắc thường lưới cạnh ngắn, điểm lưới phân bố nhiều độ cao khác dẫn đến tia ngắm có độ nghiêng đáng kể - Nhiệt, khói, bụi từ nhà máy, cơng trường xây dựng, kết cấu thép bê tông tác động mặt trời tạo nên vùng “tiểu khí hậu” làm thay đổi chế độ dẫn nhiệt, trình bốc tích tụ nước - Sự vận hành máy móc giới phương tiện giao thơng gây rung động, ảnh hưởng đến trình đo đạc lưới - Tại khu vực quan trắc thường có nhiều chướng ngại vật tia ngắm Để hạn chế tác động chiết quang đến kết xác định góc chiều dài cần phải lựa chọn thời gian đo hợp lý, thường vào buổi sáng sớm chiều tối, điều kiện thời tiết râm mát Do cạnh lưới khống chế ngắn nên cần đặc biệt ý đến độ xác định tâm máy định tâm tiêu (bảng ngắm) Các cạnh lưới quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình đo chủ yếu máy toàn đạc điện tử Để hạn chế tác động điều kiện ngoại cảnh đến kết đo cần phải áp dụng số biện pháp: - Chọn thời gian đo thích hợp, nên đo thời điểm có nhiệt độ tương đối ổn định - Xác định xác thơng số khí tượng (nhiệt độ, áp xuất) để hiệu chỉnh vào kết đo chiều dài 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1] Nguyễn Trọng San, Đào Quang Hiếu, Đinh Cơng Hịa, Trắc địa sở tập 1, NXB giao thông vận tải, 2004 [2] Nguyễn Trọng San, Đào Quang Hiếu, Đinh Cơng Hịa, Trắc địa sở tập 2, NXB xây dựng, 2002 [3] Phan Văn Hiến, Ngô Văn Hợi, Trần Khánh, Nguyễn Quang Phúc, Nguyễn Quang Thắng, Phan Hồng Tiến, Trần Việt Tuấn, Trắc địa cơng trình , NXB giao thơng vận tải, 2001 [4] Vũ Thặng, Trắc địa xây dựng, NXB Khoa học kỹ thuật.,2005 72 ... trí cơng trình quan trắc biến dạng cơng trình 2.1 Thiết kế lưới Lưới độ cao kỹ thuật lưới sở độ cao nhằm dẫn độ cao từ điểm khống chế độ cao Nhà nước điểm lưới khống chế đo vẽ Lưới độ cao kỹ thuật... tuyến, để thuận lợi cho công tác thi công, cần chêm dày mạng lưới độ cao thi công để cho 4- điểm cọc tuyến lại có mốc độ cao Có thể sử dụng điểm địa vật kiên cố gần tuyến để làm mốc độ cao Các điểm... 1/1000 3.5 Đo cao tuyến đường 26 3.5.1 Đo cao tổng quát a Lập mốc đo cao tuyến đường Để đảm bảo cho công tác thi công sau thuận lợi, thường dọc tuyến đường người ta lập mốc độ cao Mốc độ cao tuyến