khống chế trắc địa công trình

khống chế trắc địa công trình

Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Cao Bá Hạ - 1 - Lớp Trắc địa B-K48 mục lục Trang Mục lục 1 Mở đầu 2 Chương 1 Tổng quan về lưới khống chế trắc địa công trình . 3 1.1 Một số đặc điểm của lưới khống chế trắc địa công trình 3 1.2 Nguyên tắc ước tính lưới trắc địa công trình . 8 1.3 Lựa chọn hệ toạ độ và mặt chiếu cho lưới trắc địa công trình 13 1.4 Tính chuyển toạ độ 16 1.5 Lưới khống chế thi công công trình . 22 Chương 2 Khảo sát phương pháp bình sai lưới tự do . 28 2.1 Khái niệm chung về lưới trắc địa tự do 28 2.2 Định vị lưới . 32 2.3 Một số tính chất cơ bản của kết quả bình sai lưới tự do . 33 2.4 Nhận xét về bình sai lưới tự do . 37 Chương 3 ứng dụng phương pháp bình sai lưới trắc địa tự do để xử lý lưới thi công công trình . 39 3.1 Thuật toán xử lý số liệu lưới thi công 39 3.2 Lập chương trình bình sai . 57 3.3 Tính toán thực nghiệm 62 Kết luận . 69 phụ lục . 70 Tài liệu tham khảo 87 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Cao Bá Hạ - 2 - Lớp Trắc địa B-K48 Mở đầu Trong những năm gần đây các công trình xây dựng như: công trình cầu, công trình công nghiệp - dân dụng, công trình thủy lợi, thủy điện được xây dựng ngày càng rộng rãi. Để đáp ứng được các yêu cầu của công trình thì công tác trắc địa đóng vai trò quan trọng ngay từ giai đoạn khảo sát, thiết kế, thi công công trình đến khi công trình bắt đầu đi vào sử dụng và ổn định. Các mạng lưới trắc địa công trình thường có tính đặc thù cao, vì vậy cùng với việc đo đạc chính xác (lựa chọn dụng cụ máy móc và phương pháp đo) thì việc nghiên cứu phương pháp tính toán, quy trình xử lý số liệu một cách hợp lý, phù hợp với đặc điểm và bản chất của lưới trắc địa công trình là rất cần thiết. Được sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Quang Phúc tôi đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp: Khảo sát phương pháp bình sai lưới trắc địa tự do và ứng dụng trong xử lý lưới thi công công trình Trong đề tài chúng tôi đã đặt ra và khảo sát, nghiên cứu các nội dung sau: Chương 1: Tổng quan về lưới khống chế trong trắc địa công trình. Chương 2: Khảo sát phương pháp bình sai lưới tự do. Chương 3: ứng dụng phương pháp bình sai lưới trắc địa tự do để xử lý lưới thi công công trình. Kết luận. Hà Nội, tháng 6 - 2006 Sinh viên Cao Bá Hạ Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Cao Bá Hạ - 3 - Lớp Trắc địa B-K48 Chương 1 Tổng quan về lưới khống chế trắc địa công trình 1.1. Một số đặc điểm của lưới khống chế trắc địa công trình 1.1.1. Lưới khống chế mặt bằng Lưới khống chế được lập trên khu vực xây dựng công trình công nghiệp, thành phố, khu vực xây dựng cầu cảng, đường hầm là cơ sở trắc địa phục vụ cho khảo sát thiết kế, thi công xây dựng và cho khai thác sử dụng công trình. Theo mục đích thành lập lưới trắc địa công trình có thể được phân thành 3 nhóm: Lưới khảo sát công trình, lưới thi công công trình, lưới quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình. Trong giai đoạn khảo sát , người ta phải nghiên cứu tổng hợp các điều kiện tự nhiên của vùng xây dựng, thu thập các số liệu về địa hình, địa mạo, địa chất công trình, địa chất thủy văn, khí tượng,để có giải pháp kỹ thuật hợp lý trong thiết kế xây dựng công trình. Đề xuất các yêu cầu và tiến hành thành lập lưới khống chế trắc địa khu vực, đo vẽ bản đồ địa hình tỉ lệ trung bình, đo vẽ mặt cắt địa hình theo các tuyến công trình, phục vụ cho giai đoạn thiết kế. ở giai đoạn thiết kế cần lập bản đồ địa hình, mặt cắt tỷ lệ lớn để thiết kế chi tiết. Chuẩn bị phương án trắc địa để chuyển thiết kế ra thực địa. Trong giai đoạn thi công, phải tiến hành công tác xây dựng lưới cơ sở trắc địa phục vụ cắm công trình, chuyển thiết kế ra thực địa đúng vị trí, kích thước đã thiết kế. Mặt khác phải theo dõi thi công hàng ngày để đảm bảo các công trình có kết cấu đúng thiết kế. Sau khi hoàn thành công trình cần đo vẽ hoàn công để kiểm tra vị trí, kích thước công trình đã xây dựng. Công tác trắc địa phục vụ quan trắc biến dạng công trình gồm đo độ lún nền móng, xác định độ xê dịch vị trí mặt bằng và độ nghiêng của công trình. ở nước ta lưới trắc địa công trình là một bộ phận của hệ toạ độ quốc gia VIệT NAM được mô tả như (Hình1.1) Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Cao Bá Hạ - 4 - Lớp Trắc địa B-K48 Hình 1.1 Phân loại lưới khống chế trắc địa mặt bằng Lưới trắc địa mặt bằng Lưói nhà nước Lưói khu vực Lưói đo vẽ Lưói địa chính Lưói TĐCT Hạng I Hạng II Hạng III Hạng IV Giải tích I Giải tích II Đa giăc Đường chuyền Tam giác nhỏ Giao hội Địa chính cơ sở Địa chính I Địa chính II Lưới khảo sát CT Lưới thi công CT Lưới quan trắc biến dạng Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Cao Bá Hạ - 5 - Lớp Trắc địa B-K48 Tuy mục đích thành lập có khác nhau nhưng nhìn chung, lưới trắc địa công trình chủ yếu vẫn được lập theo các phương pháp truyền thống đã biết như: phương pháp tam giác, đa giác hay giao hội. Ngoài ra lưới trắc địa công trình còn được thành lập theo các phương pháp đặc biệt như lưới tứ giác không đường chéo, lưới ô vuông xây dựng, lưới tam giác nhỏ đo oàn cạnh độ chính xác cao, lưới những tam giác bẹt Hiện nay, công nghệ GPS đã từng bước được ứng dụng trong trắc địa công trình ở nước ta nhưng nhìn chung, việc lập lưới trắc địa công trình bằng các trị đo mặt đất vẫn đang chiếm vị trí chủ yếu. Độ chính xác của lưới trắc địa công trình được quy định Tuỳ thuộc vào những yêu cầu và nhiệm vụ cụ thể mà nó phải giải quyết tuỳ theo từng giai đoạn khảo sát thiết kế, thi công xây dựng và khai thác sử dụng. Vị trí mật độ và số lượng các điểm khống chế tuỳ thuộc mục đích thành lập và đặc điểm kỹ thuật của từng loại công trình. Theo độ chính xác lưới trắc địa công trình được phân thành hai trường hợp: + Trường hợp 1: Lưới trắc địa công trình có độ chính xác tương đương lưới đo vẽ bản đồ (thường gặp trong thời kỳ khảo sát công trình để đo vẽ địa hình công trình). Trong trường hợp này cơ sở để ước tính sai số trung phương của bậc lưới cấp cuối cùng (lưới đo vẽ) so với lưới khu vực hoặc nhà nước không vượt quá 0, 2 mm.M. Lưới trắc địa công trình lúc này có thể phát triển dựa trên các điểm của lưới nhà nước theo nguyên tác chung từ tổng quát đến chi tiết. + Trường hợp 2: Lưới trắc địa công trình có yêu cầu độ chính xác cao hơn hẳn so với lưới đo vẽ bản đồ (thường gặp trong giai đoạn thi công, sử dụng công trình). Trong trường hợp này cần phải lập lưới chuyên dùng cho công trình. Trong trường hợp thứ nhất lưới trắc địa công trình được phát triển theo nguyên tắc chung từ tổng quát đến chi tiết và lấy các điểm khống chế nhà nước làm cơ sở (coi các điểm đó không có sai số). Cơ sở ước tính độ chính xác cho lưới trắc địa công trình lúc này là sai số trung phương vị trí điểm yếu bậc lưới cấp cuối cùng so với các điểm của lưới bậc cao không quá 0, 2 mm.M. Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Cao Bá Hạ - 6 - Lớp Trắc địa B-K48 Trong trường hợp thứ hai các điểm của lưới nhà nước nếu có trên khu vực chỉ được sử dụng như là số liệu để định hướng và định vị cho lưới trắc địa công trình. 1.1.2. Lưới khống chế độ cao Lưới khống chế độ cao được lập trên khu vực xây dựng công trình là cơ sở trắc địa phục vụ cho đo vẽ địa hình công trình, cho thi công công trình và cho quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình. Lưới độ cao trắc địa công trình cố thể được thành lập theo các dạng sau: Phương pháp thủy chuẩn hình học tia ngắm ngắn, phương pháp đo cao lượng giác tia ngắm ngắn, phương pháp thủy chuẩn thủy tĩnh. Chính vì mục đích hành lập như trên nên lưới độ cao trắc địa công trình cũng có những đặc điểm khác so với lưới độ cao nhà nước: Thứ nhất: Cấp hạng lưới khống chế độ cao được quy định tuỳ thuộc vào diện tích khu vực xây dựng công trình: Bảng 1.1 Thứ hai: để phục vụ cho đo vẽ địa hình công trình thì lưới độ cao trắc địa công trình được phát triển dựa trên các điểm của lưới độ cao nhà nước theo nguyên tắc từ tổng quát đến chi tiết. Thứ ba: để thi công công trình, lưới độ cao cần phải được xây dựng tuỳ thuộc vào đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật của từng loại công trình, và điểm quan trọng là phải được đo nối với lưới độ cao nhà nước. Thứ tư: so với lưới nhà nước thì mật độ các điểm lưới trắc địa công trình dày hơn, do đó chiều dài được rút ngắn. Để thấy rõ ta tìm hiểu một số chỉ tiêu của lưới độ cao trắc địa công trình: Diện tích xây dựng Cấp hạng thủy chuẩn > 500 km 2 I, II, III, IV 50 500 km 2 II, III, IV 10 50 km 2 III, IV < 10 km 2 IV Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Cao Bá Hạ - 7 - Lớp Trắc địa B-K48 Bảng 1.2 1.2. Nguyên tắc ước tính lưới trắc địa công trình Trên cơ sở những tài liệu thu thập được và yêu cầu độ chính xác bố trí công trình ta dự tính độ chính xác cho lưới và tiến hành ước tính độ chính xác lưới. Có hai phương pháp ước tính độ chính xác các yếu tố của mạng lưới là phương pháp ước tính chặt chẽ và phương pháp gần đúng. 1.2.1. Phương pháp ước tính gần đúng Trước kia, khi các phương tiện phục vụ công tác đo đạc và tính toán lưới chưa nhiều thì người ta thường thiết kế lưới theo một số dạng đồ hình mẫu như chuỗi tam giác, lưới đa giác trung tâm, lưới đường chuyền và sử dụng các công thức lập sẵn trên cơ sở bài toán bình sai điều kiện và chỉ tập trung xem xét một số yếu tố đặc trưng ở vị trí yếu nhất của mạng lưới. Ví dụ như khi ước tính độ chính xác của chuỗi tam giác, đa giác trung tâm, người ta thiết kế lưới theo dạng đồ hình mẫu đơn giản và sủ dụng các công thức được lập sẵn theo dạng những đồ hình đó. Sau đây là một số ví dụ. Chỉ tiêu kỹ thuật Cấp hạng thủy chuẩn Hạng II Hạng III Hạng IV Chiều dài lớn nhất (km): - Giữa các điểm gốc: 40/270 15/65 4/15 (công trình/nhà nước) - Giữa các điểm nút: 10/140 3/25 2/6 (công trình/nhà nước) Khoảng cách giữa các mốc thuỷ chuẩn (km): - Khu vực xây dựng: 2 0.2 0.2 0.5 - Khu vực chưa xây dựng: 5 0.8 0.5 2.0 Sai số khép giới hạn của tuyến: 5 L 10 L 20 L ( L tính km) (mm) (mm) (mm) Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Cao Bá Hạ - 8 - Lớp Trắc địa B-K48 1.2.1.1. ước tính độ chính xác chuỗi tam giác Hình 1.2 Đồ hình chuỗi tam giác Với chuỗi tam giác có dạng như Hình 2.1 thì độ chính xác các yếu tố ở vị trí yếu nhất được đặc trưng bởi các sai số: Sai số trung phương chiều dài cạnh yếu: Ký hiệu: m 1 S là sai số trung phương chiều dài cạnh EF tính theo đường (1) m 2 S là sai số trung phương chiều dài cạnh EF tính theo đường (2) Lúc đó trọng số chiều dài cạnh EF được tính theo nguyên tắc cộng trọng số. P EF = P 1 + P 2 = 2 2 1 s m + 2 2 2 s m = 2 . 22 22 21 21 . ss ss mm mm Sai số trung phương chiều dài cạnh EF: m EF S = EF P = 22 21 22 . ss ss mm mm (1.1) 2 lg 1 s m = )( 3 2 2222 CBA m = Rm 3 2 2 m 1 S , m 2 S được xác định thông qua sai số trung phương loga chiều dài cạnh: 6 lg 10. . Sm m s S i (1.2) = m với m là sai số trung phương đo góc dự kiến. Sai số trung phương phương vị cạnh yếu: nếu đo hai đầu thì phương vị yếu nhất là phương vị cạnh ở giữa. Tương tự như trên, gọi 21 , mm là sai số trung phương phương vị cạnh EF tính theo đường (1) và (2) thì ta cũng sẽ tính được sai số trung phương phương vị cạnh yếu EF m là: S 1 2 F E Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Cao Bá Hạ - 9 - Lớp Trắc địa B-K48 EF m = 22 21 21 . mm mm (1.3) Sai số trung phương tương hỗ vị trí điểm: 222 .)( s m mm sth (1.4) 1.2.1.1. ước tính độ chính xác đa giác trung tâm Đối với đa giác trung tâm như hình 1.3, việc ước tính độ chính xác có thể thực hiện theo như ước tính độ chính xác của chuỗi tam giác đơn nhưng trong trường hợp này chỉ xuất phát từ một cạnh đáy AB = b 0 , tức: 021 lglglg bbb mmm 0 mmm Cd Do đó đối với cạnh DE = S, ta có: 2 lg 2 lg 2 lg 2 lg 2 lg 6 0 21 21 . . 10. b ss ss S m mm mm M S m (1.5) Và 2 22 22 0 21 21 . m mm mm m (1.6) Hình 1.3 Đồ hình đa giác trung tâm S A c B D E F Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Cao Bá Hạ - 10 - Lớp Trắc địa B-K48 Trong các công thức trên, các đại lượng i b m lg và i m được tính trong trường hợp không kể đến ảnh hưởng của sai số số liệu gốc. Nhận xét: phương pháp ước tính gần đúng có ưu điểm là nội dung tính toán đơn giản nhưng nhược điểm là chỉ xem xét được các yếu tố yếu nhất trong mạng lưới, từ đó kết luận cho độ chính xác của toàn mạng lưới, do đó không khách quan và khi áp dụng ra ngoài thực tế thì độ sai lệch lớn. 1.2.2. ước tính chặt chẽ độ chính xác lưới thiết kế Khi xây dựng một mạng lưới trắc địa, thông thường chúng ta phải phân tích, ước tính độ chính xác của mạng lưới thiết kế nhằm đánh giá chất lượng mạng lưới thiết kế có đảm bảo các yêu cầu về độ chính xác hay không, trên cơ sở đó có sự điều chỉnh đồ hình, lựa chọn máy móc và trang thiết bị để có phương án đo hợp lý, đảm bảo độ chính xác của đồ hình thiết kế đã lựa chọn. Độ chính xác của mạng lưới trắc địa được quyết định bởi độ chính xác đo đạc và kết cấu đồ hình của lưới. Sai số trung phương của một yếu tố bất kỳ trong lưới được xác định theo công thức: F F P m 1 (1.7) Trong đó: là Sai số trung phương trọng số đơn vị đặc trưng cho độ chính xác đo đạc dự kiến. 1/P F là trọng số đảo của các yếu tố cần đánh giá độ chính xác, giá trị này phụ thuộc vào kết cấu đồ hình. m F là Sai số trung phương của hàm yếu tố cần đánh giá, (ví dụ: chiều dài, phương vị, toạ độ, độ cao .). Công thức (1.7) biểu thị cho mối tương quan giữa ba đại lượng m F , , 1/P F . Nếu cho biết hai trong ba đại lượng nêu trên thì chúng ta có thể xác định được đại lượng còn lại. Từ đó có các bài toán ước tính độ chính xác sau: * Bài toán 1: Cho biết sai số đo đạc dự kiến () và đồ hình lưới (1/P F ). Tính độ chính xác các yếu tố trong lưới (m F ). [...]... nhau) và ngược lại 1.5 Lưới khống chế thi công công trình Lưới khống chế thi công công trình là cơ sở trắc địa để chuyển thiết kế công trình ra thực địa, để bố trí chi tiết công trình và cũng là cơ sở để đo vẽ hoàn công công trình 1.5.1 Đặc điểm So với các dạng lưới trắc địa dùng trong đo vẽ bản đồ thì lưới khống chế thi công công trình có những đặc điểm cơ bản sau: Các công trình xây dựng thường có diện... bằng và độ cao Cao Bá Hạ - 25 - Lớp Trắc địa B-K48 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Đồ hình TC2 TC3 TC1 TC7 TC4 TC6 TC8 TC5 Hình 1.9 Một sơ đồ lưới khống chế thủy công - thủy điện 1.5.2.5 Lưới thi công công trình dân dụng Đối với công trình dân dụng lưới thi công thường được thiết kế theo hình dạng công trình Với lưới thi công (hình 1.10) là mạng lưới khống chế trục công trình dân dụng, lưới được xây dựng... vào trắc địa đã Cao Bá Hạ - 12 - Lớp Trắc địa B-K48 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp rất phổ biến nên các chương trình đánh giá độ chính xác các yếu tố của lưới cho ta kết quả nhanh và chính xác, giảm được khối lượng tính toán lớn 1.3 Lựa chọn hệ toạ độ và mặt chiếu cho lưới trắc địa công trình Lưới khống chế trắc địa công trình được thành lập bởi các trị đo có thể là góc, cạnh hoặc phương vị Vì các công. .. A A b a E O Hình 1.4 Mặt chiếu lưới trắc địa công trình Đặt điều kiện: S H = 0 Từ (1.16) giải ra ta được: H 0 = H M Cao Bá Hạ - 14 - (1.17) Lớp Trắc địa B-K48 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Từ (1.17) có thể thấy: Độ cao mặt chiếu của lưới trắc địa công trình được chọn là độ cao trung bình của khu vực xây dựng công trình 1.3.2 Chọn hệ toạ độ cho lưới trắc địa công trình Số hiệu chỉnh do độ xa kinh tuyến... xây dựng trong một thời gian dài và việc thi công các công trình xây dựng được tiến hành theo một trình tự xây dựng nhất định, theo từng giai đoạn thi công công trình Công trình xây dựng phải được định vị trong một hệ thống toạ độ và độ cao thống nhất của khu vực xây dựng công trình, đó là hệ toạ độ công trình Chính vì vậy các điểm của lưới khống chế thi công sẽ được sử dụng nhiều lần nhằm đảm bảo tính... xác của các hạng mục công trình Quá trình thi công diễn ra trong thời gian dài sẽ làm lưới khống chế thi công công trình dễ bị phá huỷ Vì vậy, phải đảm bảo độ ổn dịnh của các điểm trong lưới và có kế hoạch bảo quản chúng trong thời gian dài Việc bố trí công trình thường được tiến hành theo ba giai đoạn( bố trí cơ bản, bố trí chi tiết và bố trí công nghệ) Vì vậy, lưới thi công công trình phải được thành... công trình Việc ước tính độ chính xác của lưới được tiến hành theo phương pháp lưới trắc địa tự do do bản chất của lưới khống chế thi công có độ chính xác bậc sau cao hơn bậc trước 1.5.2 Một số dạng lưới đặc trưng Ngoài những đặc điểm chung thì đối với mỗi dạng công trình, lưới khống chế thi công lại có những đặc thù riêng thể hiện ở một số dạng công trình tiêu biểu sau đây: Cao Bá Hạ - 23 - Lớp Trắc địa. .. như khi vận hành đưa công trình vào sử dụng Một trong những yêu cầu cơ bản khi thành lập lưới khống Cao Bá Hạ - 16 - Lớp Trắc địa B-K48 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp chế thi công là cần có sự đồng nhất về hệ quy chiếu giữa lưới khống chế thi công cần thành lập với hệ toạ độ đã được sử dụng để thiết kế công trình Để thống nhất các hệ thống toạ độ trên khu vực xây dung công trình, chúng ta sử dụng bài... dung công trình trên múi chiếu 3 0 và múi chiếu 6 0 lần lượt là 90 km và 180 km (10 km) khi sử dụng phép chiếu UTM - Độ cao mặt chiếu được chọn là độ cao trung bình của khu vực xây dựng Lưới khống chế thi công đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình xây dựng công trình, chất lượng lưới khống chế thi công sẽ đảm bảo tính chính xác của công trình trong thời gian xây dung cũng như khi vận hành đưa công. .. nhiều hạng mục công trình nên các điểm khống chế phải đảm bảo yêu cầu về mật độ điểm và độ chính xác cần thiết( vị trí và mật độ các điểm của lưới tuỳ Cao Bá Hạ - 22 - Lớp Trắc địa B-K48 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp thuộc vào đặc điểm kỹ thuật của từng loại công trình) thì mới có thể bố trí được các hạng mục công trình có độ chính xác yêu cầu từ thấp đến cao Có một đặc điểm là các công trình được xây . lưới khống chế trắc địa công trình 1.1. Một số đặc điểm của lưới khống chế trắc địa công trình 1.1.1. Lưới khống chế mặt bằng Lưới khống chế được. trắc địa công trình. 1.1.2. Lưới khống chế độ cao Lưới khống chế độ cao được lập trên khu vực xây dựng công trình là cơ sở trắc địa phục vụ cho đo vẽ địa