Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới khống chế thi công công trình thuỷ điện

Bố trí công trình là công tác trắc địa được tiến hành ở ngoài thực địa để xác định vị trí mặt bằng và độ cao của các điểm, độ cao thẳng đứng của các kết cấu, các mặt phẳng đặc trưng của công trình để xây dựng theo đúng thiết kế

Trờng đại học Mỏ địa chất Khoa : Trắc địa MỤC LỤC Chương Yêu cầu, đặc điểm lưới khống chế thi công 1.1 Một số khái niệm bố trí cơng trình 1.2 Một số yêu cầu chung mạng lưới thi công thủy điện 1.3 Phân tích phương pháp thành lập lưới 1.4 Lựa chọn hệ quy chiếu mạng lưới thi công Tổng quan công nghệ định vị GPS 11 2.1 Cấu trúc chung hệ thống định vị toàn cầu GPS 11 2.2 Phướng pháp định vị GPS 13 2.3 Phương pháp liên kết lươi GPS 15 2.4 Ứng dụng GPS lưới trắc địa cơng trình Thủy điện 17 Thiết kế phương án Xử lý số liệu 28 3.1 Xử lý số liệu GPS phần mềm GPSURVEY 2.35 28 3.2 Tính chuyển tọa độ đo GPS hệ tọa độ cơng trình 42 3.3 Thực nghiệm Chương Chương Kết luận Tài liệu tham khảo LỜI MỞ ĐẦU Nghiªn cøu khoa học sinh viên Lớp : Trắc địa B - 52 Trờng đại học Mỏ địa chất Khoa : Trắc ®Þa Ngày vấn đề ứng dụng cơng nghệ GPS vào lĩnh vực trắc địa nói chung trắc địa cơng trình nói riêng trở nên phổ biến Với trị đo cạnh ngắn liên kết mạng lưới chặt chẽ, cơng nghệ GPS có tiềm đạt độ xác cao vị trí tương hỗ điểm lưới đáp ứng nhiều tiêu chuẩn chặt chẽ mạng lưới chuyên dùng TĐCT Đối với cơng trình thuỷ điện có địa hình phức tạp, độ dốc lớn, quy mơ cơng trình lớn, kéo dài theo dọc sơng việc ứng dụng công nghệ GPS xây dựng thành lập loại lưới khống chế hoàn toàn hợp lý đạt hiệu cao so với phương pháp truyền thống trước Với mục đích nghiên cứu việc ứng dụng công nghệ GPS vào thực tiễn xây dựng cơng trình thuỷ điện tơi chọn đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới khống chế thi cơng cơng trình thuỷ điện Bố cục đề tài gồm phần: Chương 1: Yêu cầu, đặc điểm lưới khống chế thi công cơng trình thủy điện Chương 2: Ứng dụng cơng nghệ GPS vào thành lập lưới khống chế thi công công trình thủy điện Chương 3: Thực nghiệm xử lý số liệu lưới Trong thời gian thực đề tài nhiệt tình giúp đỡ PGS.TS Trần Khánh thầy khoa, đóng góp ý kiến bạn đặc biệt nỗ lực thành viên nhóm Chúng em hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học Mặc dù cố gắng kiến thức hạn hẹp, kinh nghiệm thực tế chưa nhiều, thời gian nghiên cứu nên khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong đóng góp ý kiến quý Thầy cô bạn để nghiên cứu khoa học hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội tháng năm 2011 Chương GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CƠNG Nghiªn cøu khoa häc sinh viªn Líp : Trắc địa B - 52 Trờng đại học Mỏ địa chất CễNG TRèNH THY IN Khoa : Trắc địa 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ BỐ TRÍ CƠNG TRÌNH 1.1.1 Khái niệm chung Bố trí cơng trình cơng tác trắc địa tiến hành thực địa để xác định vị trí mặt độ cao điểm, độ cao thẳng đứng kết cấu, mặt phẳng đặc trưng cơng trình để xây dựng theo thiết kế Lưới khống chế thi công thường thành lập dạng lưới : - Độ xác yêu cầu giai đoạn bố trí thi cơng cơng trình cao độ xác lưới sở thành lập giai đoạn khảo sát thiết kế - Hệ tọa độ giai đoạn khảo sát hệ tọa độ nhà nước cịn giai đoạn bố trí cơng trình thường sử dụng hệ tọa độ quy ước riêng - Lưới khống chế thi công thường quy chiếu lên mặt phẳng có độ cao trung bình khu vực thi cơng - Cơng trình thủy điện thường trải dài khu vực rộng lớn, mật độ bố trí vị trí khác nhau.Thường khu vực nhà máy có khối lượng cơng tác bố trí nhiều khu vực xây dựng đập Cơ sở hình học để chuyển thiết kế thực địa trục bố trí, vị trí chúng rõ thiết kế, người ta phân biệt số trục bố trí trục chính, trục bản, trục chi tiết… - Trục trục đối xứng cơng trình, cơng trình dạng tuyến trục dọc cơng trình - Trục trục tạo nên hình dạng kích thước theo chu vi cơng trình - Trục chi tiết, trục trung gian trục để bố trí phần chi tiết cơng trình Để tiến hành bố trí cơng trình, cần xây dựng thực địa hệ thống điểm mặt độ cao gọi lưới khống chế thi công, tọa độ độ cao chúng xác định với độ xác cần thiết Sau tiến hành tính tốn lập vẽ bố trí dựa tọa độ độ cao điểm lưới số liệu thiết kế 1.1.2 Trình tự thực cơng tác bố trí cơng trình Nghiªn cứu khoa học sinh viên Lớp : Trắc địa B - 52 Trờng đại học Mỏ địa chất Khoa : Trắc địa Cụng tỏc b trớ cụng trỡnh c tiến hành theo ba giai đoạn: - Bố trí bản: từ điểm khống chế trắc địa bố trí trục cơng trình Từ trục bố trí trục - Bố trí chi tiết: từ trục trục bố trí trục dọc trục ngang phận cơng trình, đồng thời bố trí điểm mặt phẳng theo độ cao thiết kế - Bố trí cơng nghệ: cơng tác giai đoạn nhằm đảm bảo lắp đặt điều chỉnh kết cấu xây dựng thiết bị kỹ thuật 1.2 MỘT SỐ YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI MẠNG LƯỚI THI CÔNG TRONG XÂY DỰNG THỦY ĐIỆN 1.2.1 Đặc điểm cấu trúc chung cơng trình thủy điện Các cơng trình thuỷ lợi xây dựng để sử dụng tài nguyên thuỷ nguồn dự trữ nước vào việc giải số vấn đề kinh tế quốc dân Một số vấn đề quan trọng là: - Sử dụng lượng dòng chảy trạm thuỷ điện - Giải vấn đề giao thông cách xây dựng hệ thống kênh dẫn âu thuyền - Tưới tiêu nước cho vùng đất canh tác - Cấp nước cho thành phố Sở giao thông, Công Nông nghiệp Tập hợp cơng trình thuỷ lợi để giải đồng thời vấn đề gọi đầu mối thuỷ lợi Một đầu mối thuỷ lợi lớn bao gồm cơng trình sau: - Đập chắn bê tơng cốt sắt có sân tràn đập đất khơng sân tràn - Các cơng trình để thơng thương dịng chảy (như âu thuyền kênh ngầm) - Các cơng trình để cá qua lại thượng hạ lưu - Hồ chứa nước với công trình nước kênh dẫn để cấp nước cho đồng ruộng Các cơng trình thủy điện phân loại sau: - Nhà máy sau đập: nhà máy kiểu có đập xây dựng gần nhà máy, nhà máy thủy điện Hòa Bình,Sơn La, thủy điện Thác Bà… Nghiªn cøu khoa häc sinh viên Lớp : Trắc địa B - 52 Trờng đại học Mỏ địa chất Khoa : Trắc địa - Nhà máy đường dẫn: thủy điện xây dựng theo phương pháp đập bố trí xây dựng cách xa nhà máy, nước dẫn qua ống dẫn vào nhà máy, thủy điện A Lưới Các tuyến đập phân loại theo hình dạng: có đập cong ( hình 1.1a), đập thẳng ( hình 1.1b) (Hình 1.1a) ( Hình 1.1b) Hình 1.1: Đập nhà máy thủy điện Hịa Bình Sơn La Các đường hầm có: dạng kênh, đường hầm ( hình 1.2a), đường ống dẫn nước ( hình 1.2b) 1.2a: Nhà máy thuỷ điện 1.2b:Đường ống áp lực Hình 1.2: Nhà máy thuỷ điện đường ống áp lực 1.2.2 Lưới tam giác thủy cơng Nghiªn cøu khoa häc sinh viªn Líp : Trắc địa B - 52 Trờng đại học Mỏ địa chất Khoa : Trắc địa Do cỏc mng li trắc địa xây dựng trước thời kì khảo sát không đáp ứng yêu cầu độ xác mật độ điểm Bởi vậy, khu vực xây dựng cơng trình đầu mối người ta thành lập mạng lưới trắc địa chuyên dùng mà độ xác chúng phụ thuộc chủ yếu vào hạng mục cơng trình đầu mối, lưới có tên gọi lưới tam giác thủy cơng Lưới tam giác thủy công thủy chuẩn thủy công thiết kế xây dựng làm sở cho công tác: - Đưa tim mốc thiết kế cơng trình thực địa - Là hệ tọa độ, độ cao sở để đo vẽ loại đồ, mặt cắt q trình thành lập vẽ thi cơng, thi cơng cơng trình - Kiểm tra độ xác q trình thi cơng, xây lắp hồn cơng hạng mục cơng trình - Là sở để xây dựng mạng lưới biến dạng trắc địa cơng trình phương pháp trắc địa Lưới tam giác thủy công chia làm cấp hạng: I, II, III Các thông số kĩ thuật độ xác cấp lưới tam giác thủy công nêu bảng 1.1 Bảng 1.1: Độ xác cấp lưới tam giác thủy cơng Cấp thiết kế cơng trình Cơng suất nhà máy điện (kW) Cấp hạng lưới tam giác thủy công I ≥ 300 I 0.5 – 1.5 ±1.0 ±3.5 ” 1: 200000 II 50- 300 II 0.3 – 1.0 ±1.5 ± 5.0 ” 1: 150000 III-IV- V < 50 III 0.2 – 0.8 ± 2.0 ±7.5 ” 1: 70000 Nghiªn cøu khoa häc sinh viªn Chiều dài Sai số S.S.T.P cạnh khép tam đo góc (“) (km) giác Sai số chiều dài cạnh yếu Líp : Tr¾c địa B - 52 Trờng đại học Mỏ địa chất Khoa : Trắc địa Ngoi phi xột n tớnh phức tạp cơng trình, hạng mục cơng trình phân tán hay tập chung, mức độ khó khăn điều kiện địa hình mà tăng chia cấp hạng lưới tam giác thủy công để đảm bảo độ xác cần thiết cho cơng trình Căn vào mặt cơng trình điều kiện địa hình mà xây dựng bậc lưới tam giác thủy công Nếu xây dựng bậc lưới tam giác thủy cơng lưới bậc lưới tam giác sở cho tồn cơng trình Lưới bậc lưới tam giác cho hạng mục cơng trình cục Hệ quy chiếu lưới tam giác thủy công phải lựa chọn phù hợp để đảm bảo lưới có độ biến dạng nhỏ so với thực địa sai số phép chiếu gây lên khơng ảnh hưởng đến độ xác cấp lưới chọn Lưới xây dựng phải phù hợp với kích thước, hình dạng mặt cơng trình đảm bảo lưới có độ biến dạng Hệ tọa độ lưới phải phù hợp (gần nhất) với hệ tọa độ dùng giai đoạn khảo sát, thiết kế cơng trình Số lượng, mật độ điểm lưới tam giác thủy cơng cho cơng trình cần tính tốn, bố trí cho điểm tim tuyến xác định độc lập từ điểm tam giác Mốc lưới tam giác thủy công thiết kế xây dựng loại mốc hình trụ bền vững, mặt mốc dạng định tâm bắt buộc Xung quanh mốc có tường vây bảo vệ Máy trắc địa sử dụng để đo lưới tam giác thủy công phải có độ xác cao ổn định Có thể sử dụng máy toàn đạc điện tử máy thu vệ tinh GPS Trước sau đo phải thực công tác kiểm nghiệm, hiệu chỉnh máy theo quy định quy phạm nhà nước Công tác đo ngoại nghiệp phải chọn thời gian thích hợp để giảm tối thiểu ảnh hưởng thời tiết đến sai số đo đạc tuân thủ nghiêm ngặt quy trình đo đạc lưới trắc địa với yêu cầu độ xác cao Tính tốn xử lý số liệu lưới phải thực theo nguyên tắc sau: - Luôn bảo toàn cấu trúc nội lưới loại trừ ảnh hưởng sai số số liệu gốc kết bình sai - Tất bậc lưới phải tính tốn hệ tọa độ phù hợp với hệ sử dụng giai đoạn khảo sát cơng trình Nghiªn cøu khoa häc sinh viªn Líp : Trắc địa B - 52 Trờng đại học Mỏ địa chất Khoa : Trắc địa 1.2.3 Yờu cu xác bố trí tim tuyến cơng trình thủy điện Cơng tác đưa tim trục (tim tuyến) cơng trình từ vẽ thiết kế thực địa nhiệm vụ tổ chức thiết kế Các điểm tim tuyến cơng trình đo đạc định vị thực địa có sở gốc điểm lưới tam giác thủy công Số lượng điểm tim tuyến chủ nhiệm đề án yêu cầu, có tham khảo ý kiến kĩ sư chủ nhiệm địa hình cơng trình u cầu độ xác xem bảng 1.2 Bảng 1.2: Độ xác cơng tác đưa tim tuyến Hạng mục cơng trình Sai số tuyến (cm) Chiều dọc Chiều ngang Ghi Độ xác tương đường chuyền hạng nhà nước I Cơng trình cấp I, II Đập dâng, tràn -2 -2 “ Tuyến lượng -5 -5 “ Trục tổ máy -5 -5 “ Độ xác tương đương đường chuyền cấp Nhà nước II Cơng trình cấp III, IV, V Đập, tràn 5 “ Kênh, tuyến lượng 7 “ Nhà máy -5 -5 “ Các tim tuyến cơng trình sau đưa thực địa cần xây dựng mốc tương đương mốc khống chế: đường chuyền hạng IV đường chuyền cấp theo độ xác tương ứng với tim tuyến Nghiªn cứu khoa học sinh viên Lớp : Trắc địa B - 52 Trờng đại học Mỏ địa chất Khoa : Trắc địa 1.3 PHN TCH CC PHNG PHP THNH LẬP LƯỚI Lưới tam giác thủy công thành lập theo phương pháp sau: Phương pháp lưới tam giác đo góc cạnh kết hợp; Phương pháp lưới GPS; Phương pháp kết hợp lưới GPS tam giác đo góc cạnh 1.3.1 Phương pháp lưới tam giác đo góc cạnh kết hợp Trong lưới đo góc cạnh kết hợp đo tất phần góc cạnh lưới So với lưới tam giác đo góc đo cạnh, lưới tam giác đo góc cạnh phụ thuộc vào kết cấu hình học lưới, giảm đáng kể dịch vị dọc dịch vị ngang, đảm bảo kiểm tra chặt chẽ trị đo góc cạnh Lưới đo góc cạnh cho phép tính tọa độ điểm xác ( khoảng 1.5 lần) so với lưới tam giác đo góc đo cạnh Khi bình sai lưới đo góc cạnh nảy sinh vấn đề lựa chọn quan hệ sai số đo góc đo cạnh Quan hệ coi hợp lý đảm bảo điều kiện: m  mS   S  1.1 Trong thực tế nên đảm bảo quan hệ phạm vi: m  S  3  m S  1.2  Lưới tam giác đo góc cạnh phụ thuộc vào kết cấu hình học lưới, giảm đáng kể phụ thuộc dịch vị dọc dịch vị ngang, đảm bảo kiểm tra chặt chẽ trị đo góc cạnh Lưới đo góc cạnh cho phép tính tọa độ điểm xác khoảng 1,5 lần so với lưới tam giác đo góc đo cạnh 1.3.2 Phương pháp lưới GPS Hiện công nghệ GPS ứng dụng rộng rãi lĩnh vực trắc địa, có ngành trắc địa cơng trình, cơng nghệ có nhiều ưu điểm bật đạt hiệu công tác cao Theo tiêu chuẩn máy thu có, ứng dụng GPS để thành lập mạng lưới khống chế thi cơng cơng trình Khi thiết kế lưới, ngồi việc đảm bảo điều kiện cần thiết lưới GPS, cần lưu ý để điểm chọn phải đảm bảo sử dụng có hiệu thi cơng cơng trình Muốn lưới cần thiết kế tổng bình đồ cơng Nghiªn cøu khoa häc sinh viªn Lớp : Trắc địa B - 52 Trờng đại học Mỏ địa chất Khoa : Trắc địa trỡnh.Vỡ li khống chế thi công thành lập khu vực xây dựng với đối tượng cản trở tầm ngắm bầu trời, tạo phát xạ nhiệt sang điện từ, cần lưu ý chọn vị trí điểm GPS chịu ảnh hưởng tác động Các vật cản xung quanh điểm đo có góc cao khơng q 150 (hoặc 200) để tránh cản trở tín hiệu GPS 1.4 LỰA CHỌN HỆ QUY CHIẾU ĐỐI VỚI CÁC MẠNG LƯỚI THI CÔNG Lưới khống chế thi cơng có vai trị quan trọng q trình xây dựng cơng trình Chất lượng lưới khống chế thi công đảm bảo tính xác cơng trình thời gian xây dựng Vì để đảm bảo độ xác bố trí cơng trình, lưới khống chế thi cơng thành lập phải đảm bảo yêu cầu: đồng tọa độ thiết kế hệ tọa độ thi công cơng trình Do thiết phải lựa chọn hệ quy chiếu cho hợp lý 1.4.1 Chọn mặt chiếu Số hiệu chỉnh chiếu cạnh AB xuống mặt chiếu AB (hình 1.4): S = A0B0 - AB tính theo cơng thức: S   S Hm  H A Rm  (1.3) Trong : S chiều dài cạnh đo được; Hm độ cao trung bình cạnh HA độ cao mặt chiếu; Rm bán kính trung bình Ellipxoid (R= 6370 km) Từ cơng thức trên, ta có: S h H  HA  m S Rm Hình 1.4: Số hiệu chỉnh chiều dài Số hiệu chỉnh ảnh hưởng không đáng kể đến tỷ lệ lưới, H m  H A nhỏ Để H m  H A nhỏ ta phải chọn cho độ cao mặt chiếu qua độ cao trung bình khu vực xây dựng Nghiªn cøu khoa häc sinh viªn 10 Lớp : Trắc địa B - 52 ... cơng trình thuỷ điện tơi chọn đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới khống chế thi cơng cơng trình thuỷ điện Bố cục đề tài gồm phần: Chương 1: Yêu cầu, đặc điểm lưới khống chế thi. .. việc thành lập mạng lưới khống chế mặt phục vụ thi cơng cơng trình thủy điện nên cơng nghệ GPS công cụ quan trọng chủ yếu để thành lập mạng lưới khống chế loại công trình Dưới đây, giới thi? ??u... lưới khống chế thi công công trình thủy điện Chương 2: Ứng dụng cơng nghệ GPS vào thành lập lưới khống chế thi cơng cơng trình thủy điện Chương 3: Thực nghiệm xử lý số liệu lưới Trong thời gian