xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang công trình ngân hàng nông nghiệp và phát triển nông thôn quận i, thành phố hồ chí mình

Nên ở đồ án này, tôi tiến hành nghiên cứu sử dụng thuật toán bình sai lưới tự do để đánh giá độ ổn định của các mốc lưới cơ sở và phương pháp bình sai tham số để xử lý số liệu lưới quan

Trang 1

TÓM TẮT

Công tác xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang giúp nâng cao độ chính xác của kết quả quan trắc Nên ở đồ án này, tôi tiến hành nghiên cứu sử dụng thuật toán bình sai lưới tự do để đánh giá độ ổn định của các mốc lưới cơ sở và phương pháp bình sai tham số để xử lý số liệu lưới quan trắc ở công trình Ngân hàng Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Quận I, Thành phố Hồ Chí Minh

Việc đánh giá ổn định các mốc trong lưới cơ sở bằng thuật toán bình sai lưới

tự do nhắm tìm ra điểm ổn định và không ổn định, loại bỏ các điểm không ổn định

ra khỏi các mốc dùng làm số liệu gốc cho việc xử lý số liệu lưới quan trắc Đối với lưới quan trắc tôi sử dụng bình sai tham số để xử lý số liệu lưới, sau khi bình sai lưới quan trắc sẽ xác định được lượng chuyển dịch của các mốc quan trắc Từ đó, đưa ra nhận xét về tình hình dịch chuyển của công trình, dự báo chuyển dịch công trình và phương pháp khác phục cũng như tu tạo công tình khi có dịch chuyển

Trang 2

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH CÔNG TRÌNH 3

1.1 Khái niệm chung về quan trắc chuyển dịch công trình: 3

1.1.1 Phân loại chuyển dịch biến dạng công trình: 3

1.1.2 Nguyên nhân gây ra biến dạng công trình: 3

1.1.3 Đặc tích và tham số chuyển dịch ngang: 4

1.1.4 Mục đích và nhiệm vụ của quan trắc: 6

1.2 Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc: 6

1.2.1 Yêu cầu độ chính xác: 6

1.2.2 Chu kỳ quan trắc : 7

1.3 Các phương pháp xác định chuyển dịch ngang công trình: 8

1.3.1 Quan trắc chuyển dịch ngang công trình bằng phương pháp hướng chuẩn: 8

1.3.2 Quan trắc chuyển dịch ngang bằng lưới đo góc-cạnh: 11

1.4 Lưới khống chế trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình: 13

1.4.1 Nguyên tắc xây dựng lưới quan trắc chuyển dịch ngang công trình: 13

1.4.2 Lưới khống chế cơ sở: 14

1.4.3 Lưới khống chế quan trắc: 15

1.4.4 Kết cấu, phân loại mốc quan trắc : 16

1.5 Quy trình kỹ thuật quan trắc chuyển dịch ngang công trình: 18

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG CÔNG TRÌNH 20

2.1 Phân tích độ ổn định của lưới mặt bằng cơ sở: 20

2.1.1 Mục đích của việc phân tích độ ổn định của lưới mặt bằng cơ sở: 20

2.1.2 Một số phương pháp phân tích độ ổn định của mốc trong lưới mặt bằng cơ sở: 20

Trang 3

2.1.3 Phân tích độ ổn định của mốc lưới mặt bằng cơ sở bằng phương pháp

bình sai lưới tự do: 22

2.2 Xử lý số liệu lưới quan trắc: 28

2.2.1 Xử lý lưới quan trắc theo phương pháp bình sai điều kiện: 28

2.2.2 Xử lý lưới quan trắc theo phương pháp bình sai tham số: 34

2.3 Dự báo chuyển dịch ngang công trình: 38

2.3.1 Thành lập mô hình chuyển dịch theo hàm đa thức: 38

2.3.2 Thành lập mô hình chuyển dịch theo hàm tuần hoàn: 40

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG CÔNG TRÌNH NGÂN HÀNG NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN QUẬN 1, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 42

3.1 Giới thiệu về công trình Ngân hàng nông nghiệp và Phát triển nông thôn Quận 1, Thành Phố Hồ Chí Minh: 42

3.2 Bố trí lưới khống chế cơ sở và lưới quan trắc: 42

3.2.1 Bố trí lưới khống chế cơ sở mặt bằng: 42

3.2.2 Bố trí lưới quan trắc: 42

3.3 Xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang: 43

3.3.1.Xử lý số liệu lưới mặt bằng cơ sở: 43

3.3.2 Xử lý số liệu lưới quan trắc: 49

3.4 Kết quả xử lý số liệu bằng phần mềm: 52

3.4.1 Kết quả bình sai phần mềm lưới cơ sở: 52

3.4.2 Kết quả bình sai phần mềm lưới quan trắc: 54

3.5 Dự báo chuyển dịch ngang công trình: 58

KẾT LUẬN 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC

Trang 4

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Độ chính xác trong thực tế 7

Bảng 3.1: Tọa độ các điểm sau bình sai lưới cơ sở chu kì 1 44

Bảng 3.2: Cạnh sau bình sai của lưới cơ sở chu kì 1 44

Bảng 3.3: Góc sau bình sai của lưới cơ sở chu kì 1 44

Bảng 3.4: Tọa độ sau bình sai của lưới cơ sở chu kì 2 45

Bảng 3.7: Phân tích độ ổn định các mốc cơ sở chu kì 2 45

Bảng 3.11: Phân tích độ ổn định các mốc cơ sở chu kì 3 47

Bảng 3.15: Phân tích độ ổn định môc cơ sở chu kì 4 48

Bảng 3.17: Tọa độ các điểm quan trắc sau bình sai chu kì 1 49

Bảng 3.21: Dịch chuyển của các mốc quan trắc các chu kì so với chu kì 1 52

Bảng 3.22: Tọa độ sau bình sai lưới cơ sở chu kì 2 bằng phần mềm 52

Bảng 3.23: Phân tích độ ổn định lưới cơ sở chu kì 2 bằng phần mềm 52

Trang 5

Bảng 3.28: Tọa độ sau bình sai lưới quan trắc chu kì 1 bằng phần mềm 54

Bảng 3.32: Dự báo chuyển dịch chu kỳ 5 và chu kỳ 6 58

Trang 6

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Khái niệm về hướng chuẩn 8

Hình 1.2: Đo độ lệch hướng 9

Hình 1.3: Lưới tam giác trong quan trắc chuyển dịch ngang 11

Hình 1.4: Sơ đồ lưới quan trắc trong phương pháp đa giác 12

Hình 1.5 : Mốc khống chế mặt bằng dạng cột 16

Hình 1.6 : Cấu tạo mốc loại nổi 17

Hình 1.7 : Cấu tạo mốc loại chìm 17

Hình 1.8 : Mốc gắn tường 17

Hình 1.9: Mốc gắn nền, móng 18

Hình 2.1 : Phép chuyển đổi helmert 26

Hình 2.2: Tam giác đo góc 29

Hình 2.3 : Đa giác đo góc 29

Hình 2.4 : Lưới đường chuyền đo góc 30

Hình 2.5 : Phương trình điều kiện cực 30

Hình 2.6 : Phương trình điều kiện cạnh 31

Hình 2.8 :Phương trình điều kiện chiều dài cạnh 32

Hình 2 9: Phương trình điều kiện tọa độ 32

Hình 2.10 :Phương trình số hiệu chỉnh hướng 35

Hình 2.11: Phương trình số hiệu chỉnh góc 35

Hình 2.12: Phương trình số hiệu chỉnh chiều dài 36

Hình 3.1: Đồ hình lưới cơ sở và lưới quăn trắc 43

Trang 8

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề, lý do chọn đề tài:

Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa-hiện đại hóa nên sự phát tiển

về cơ sở hạ tầng là rất mạnh mẽ Xây dựng các nhà máy, các công trình cầu, thủy điện, nhà cao tầng ngày càng nhiều hơn Để xây dựng các công trình hiện đại và có quy mô lớn yêu cầu thi công vận hành có độ cính xác cao, đảm bảo cho công trình

sử dụng lâu dài Để đáp ứng nhu cầu đó, công tác trắc địa có đóng góp rất lớn trong hầu hết các giai đoạn của công trình từ thiết kế, thi công đến lúc công trình đi vào

sử dụng Trong đó công tác quan trắc chuyển dịch là một trong những công tác quan trọng cần được quan tâm Các kết quả quan trắc công trình cho phép đánh giá mức

độ ổn định và an toàn của công trình giúp thành lập kết hoạch tu tạo, bảo dưỡng và ngăn chặn những hậu quả xấu có thể xảy ra với công trình Độ chính xác của quan trắc chuyển dịch công trình phụ thuộc chủ yếu vào việc áp dụng quy tình và phương pháp xử lý số liệu

Hiện nay, khoa học kỹ thuật trong ngành trắc địa bản đồ đã được nâng cao rất nhiều và được áp dụng các phương pháp, quy trình hợp lý nên độ chính xác của các số liệu quan trắc ngày được cải thiện Nhưng, lưới trong quan trắc biến dạng công trình là một mạng lưới đặc thù, yêu cầu độ chính xác cao Việc đánh giá độ ổn định của hệ thống mốc khống chế cơ sở bằng thuật toán bình sai lưới tự do là một phương pháp được sử dụng rộng rãi, thích hợp với các công trình yêu cầu độ chính xác cao Xử lý lưới quan trắc chuyển dịch bên trong công trình được tiến hành dựa trên lưới cở sở tự do đã được thành lập trước đó

Nhận thức được tầm quan trọng trong việc xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang nhà cao tầng nằm trong trung tâm thành phố hay khu dân cư đông đúc, khó thành lập mạng lưới khống chế nên khi được sự phân công của khoa Trắc Địa

và Bản Đồ của trường Đại học Tài Nguyên và Môi Trường thành phố Hồ Chí Minh, cùng với sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của GV ThS Đoàn Thị Bích Ngọc, tôi

đã tiến hành thực hiện đề tài: “Xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang công trình Ngân hàng Nông nghiệp và phát triển nông thôn, Quận I, Thành phố Hồ Chí Minh”

Trang 9

2 Mục đích và nhiệm vụ của đồ án:

Sử dụng thuật toán bình sai lưới tự do để xác định độ ổn định của lưới cơ sở mặt bằng, qua đó sử dụng các điểm cở sở ổn định để xử lý số liệu lưới quan trắc bằng phương pháp bình sai phụ thuộc với số liệu gốc là tọa độ sau bình sai của lưới

cơ sở mặt bằng

Qua đó, giúp ta có cái nhìn rõ hơn về thuật toán bình sai tự do, cho thấy sự

ưu việt, nổi trội và chính xác của việc áp dụng thuật toán bình sai lưới tự do vào công tác quan trắc chuyển dịch công tình, cụ thể là các công trình nhà cao tầng trong trung tâm thành phố hoặc khu đông dân cư

3 Nội dung của đồ án:

Nội dung đồ án này gồm 3 chương:

Chương 1: Giới thiệu chung về quan trắc chuyển dịch công trình

Chương 2: Xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang công trình

Chương 3: Thực nghiệm xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang công

trình ngân hàng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Quận I, Thành phố Hồ Chí Minh

Ngoài ra, đồ án còn kèm theo các phụ lục và phần tính toàn bằng excel

Trang 10

CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG VỀ QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH

CÔNG TRÌNH 1.1 Khái niệm chung về quan trắc chuyển dịch công trình:

1.1.1 Phân loại chuyển dịch biến dạng công trình:

a.Chuyển dịch công trình:

Chuyển dịch công trình trong không gian là sự thay đổi vị trí công trình theo thời gian và được phân biệt thành hai loại: chuyển dịch theo phương thẳng đứng và chuyển dịch trong mặt phẳng ngang

Chuyển dịch theo phương thẳng đứng được gọi là độ trồi lún (nếu chuyển dịch theo hướng xuống dưới thì gọi là lún, hướng lên trên thì gọi là trồi) Chuyển dịch công trình trong mặt phẳng nằm ngang được gọi là chuyển dịch ngang

b.Biến dạng công trình:

Biến dàng công trình là sự thay đổi mối tương quna hình học của công trình ở quy mô tổng thể hoặc ở các kết cấu thành phần Biến dạng xảy ra do sự chuyển dịch không đều giữa các bộ phận công trình, các biến dạng thường gặp là hiện tượng cong, vặn xoắn, rạn nứt của công trình

Nếu công trình bị chuyển dịch, biến dạng vượt quá giới hạn cho phép thì sẽ gây trở ngại cho qua trình khai thác sử dụng và có thể dẫn đến các sự cố hư hỏng,

đỗ vỡ, phá hủy một phần hoặc toàn bộ công trình (Trần Văn Quảng, 2001)

1.1.2 Nguyên nhân gây ra biến dạng công trình:

Công trình bị chuyển dịch do tác động của hai nhóm yếu tố chủ yếu, là tác động của các yếu tố tự nhiên và tác động của các yếu tố nhân tạo, liên quan đến hoạt động của con người trong quá trình vận hành và khai thác công trình

Các nguyên nhân thuộc nhóm yếu tố tự nhiên gồm có: khả năng lún, trượt của các lớp đất đá dưới nền móng công trình và các hiện tượng địa chất công trình, địa chất thủy văn, sự co giãn của đất đá, thay đổi của các điều kiện của các điều kiện thủy căn theo nhiệt độ, độ ẩm và mực nước ngầm

Nhóm các yếu tố nhân tạo bao gồm: ảnh hưởng của trọng lượng bản thân công trình, sự thay đổi các tính chất cơ lý đất đá do việc quy hoạch cấp thoát nước, các sai lệch trong khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn, quá trình suy yếu của nền móng do quá trình thi công các công trình ngầm trong lòng đất, ảnh hưởng của việc xây dựng các công trình lân cận khác, sự rung động của nền móng do vận hành máy cơ giới và tác động của phương tiện giao thông (Trần Văn Quảng, 2001; Phan Văn Hiến (CB), Ngô Văn Hợi, Trần Khánh, Nguyễn Quang Phúc, Nguyễn Quang Thắng, Phan Hồng Tiến, Trần Việt Tuấn, 2001)

Trang 11

1.1.3 Đặc tích và tham số chuyển dịch ngang:

- Chuyển dịch ngang tuyệt đối của một điểm:

Là đoạn thẳng từ vị trí ban đầu của điểm đó đến vị trí tại thời điểm quan trắc (tính trong mặt phẳng ngang)

𝑞𝑖 = √(𝑥ị𝑗, 𝑦𝑖𝑗)2 + (𝑦𝑖𝑗 − 𝑦𝑖𝑜)2 (1.1) Trong đó: (𝑥ị𝑗, 𝑦𝑖𝑗) là tọa độ (xét trong mặt phẳng ngang) của điểm thứ i của chu kỳ quan trắc

(𝑦𝑖𝑜, 𝑦𝑖𝑜) là tọa độ ban đầu của điểm i

Các điểm ở vị trí khác nhau của công trình có mức chuyển dịch ngang bằng nhau thì quá trình chuyển dịch ngang được coi là chuyển dịch đều Chuyển dịch ngang đều chỉ xảy ra khi áp lực ngang của công trình và mức độ chịu nén của đấy

đá ở các vị trí khác nhau của nền là như nhau

Chuyển dịch ngang không đều xảy ra do sự chênh lệch áp lực ngang lên công trình và mức độ chịu nén của đất đá không như nhau Chuyển dịch ngang không đều làm cho công trình bị nghiên cong, vặn xoắn và biến dạng khác (Trần Văn Quảng, 2001; Nguyễn Tấn Lộc, 2012)

Biến dạng lớn có thể dẫn đến hiện tượng gãy, nứt ở nền móng và tường công trình

- Chuyển dịch ngang trung bình của công trình: 𝑞𝑡𝑏

𝑞𝑡𝑏 = ∑ 𝑞𝑖

𝑛 𝑖=1

𝑛

(1.2) Trong đó:

𝑞𝑖 : Chuyển dịch tuyệt đối của điểm i

n : Số lượng điểm quan trắc trên công trình

- Chênh lệch chuyển dịch theo một trục Δq :

Trong đó :

𝑞3, 𝑞1 là giá trị chuyển dịch hai điểm ở hai đầu cực

- Độ cong tuyệt đối và độ cong tương đối của công trình theo một trục:

Độ cong tuyệt đối 𝑓1 được xác định như sau :

𝑓1 = 𝑒𝑞2−(𝑞1+𝑞3)

2

(1.4)

𝑞3, 𝑞1 là giá trị chuyển dịch hai điểm ở hai đầu trục

𝑞2 là giá trị chuyển dịch của điểm kiểm tra ở giữa trục

- Độ cong tương đối 𝑓2:

Trang 12

𝑓2 = 𝑓1

𝑙1,3

(1.5) Trong đó:

𝑙1,3 là chiều dài trục của công trình

- Tốc độ chuyển dịch của từng điểm và tốc độ chuyển dịch trung bình: Tốc độ chuyển dịch của điểm i: 𝑉𝑖

𝑉𝑖 = 𝑞𝑖

𝑡

(1.6) Trong đó:

t – thời gian giữa 2 chu kỳ quan trắc

Tốc độ chuyển dịch trung bình của công trình: 𝑉𝑡𝑏

𝑉𝑡𝑏 = ∑ 𝑉𝑖

𝑛

𝑖 = 1 𝑛

(1.7)

Các tham số chuyển dịch cục bộ công trình bao gồm: Chuyển dịch theo hướng trục tọa độ và chuyển dịch theo hướng áp lực Các tham số này được tính cho từng điểm quan trắc bằng cách so sánh tọa độ các điểm trong 2 chu kỳ đo

- Chuyển dịch theo hướng trục tọa độ:

Chuyển dịch theo hướng trục X và trục Y :

- Chuyển dịch theo hướng:

Đối với các công trình chịu tác động theo hướng áp lực ngang thì chuyển dịch cần quan tâm nhất là chuyển dịch theo hướng tác động của áp lực lớn nhất, vì vậy ta cần phải tính giá trị chuyển dịch theo hướng cho trước

Khi phân tích vector chuyển dịch theo hướng áp lực lớn nhất (𝜑) sẽ xác định được hai thành 2 phần chuyển dịch là chuyển dịch theo hướng áp lực (𝑄𝜑) và chuyển dịch theo hướng vuông góc với áp lực, được gọi là chuyển dịch hướng tiếp tuyến (𝑄𝑇) Các tham số chuyển dịch cục bộ cho phép đánh giá chuyển dịch công trình tại từng vị trí quan trắc (Trần Văn Quảng, 2001)

Công thức xác định 2 thành phần chuyển dịch nêu trên theo công thức:

Trang 13

Xác định các loại biến dạng có ảnh hưởng đến quá trình vận hành công trình,

từ đó đề ra chế độ sử dụng, khai thác công trình một cách hợp lý (TS Nguyễn Tấn Lộc, 2012; Trần Văn Quảng, 2001)

1.2 Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc:

1.2.1 Yêu cầu độ chính xác:

Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch chính là độ chính xác cần thiết xác định chuyển dịch công trình, chỉ tiêu của định lượng này phụ thuộc chủ yếu vào tính chất cơ lý đất đá dưới nền móng, đặc điểm kết cấu và vận hành công trình

Có hai cách xác định yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch, cách thứ nhất là xác định theo giá trị chuyển dịch (được nêu ra trong bản thiết kế công trình), cách thứ hai xác định theo các tiêu chuẩn xây dựng, vận hành công trình (được quy định trong các tiêu chuẩn ngành)

1- Theo độ chuyển dịch dự báo, yêu cầu độ chính xác quan trắc được xác định bằng công thức:

𝑚𝑄 ≤ 𝑄

2ℰ

(1.14) Trong đó: 𝑚𝑄 – yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ở thời điểm 𝑡𝑖

Q – giá trị chuyển dịch dự báo giữa 2 chu kỳ quan trắc

ℰ - hệ số đặc trưng cho độ tin cậy của kết quả quan trắc, phụ thuộc vào xác xuất được chấp nhận Đối với quan trắc biến dạng thường lấy xác xuất P =

0 997, (tương ứng với ℰ = 3) và khi đó công thức tính độ chính xác quan trắc chuyển dịch là:

Trang 14

𝑚𝑄 ≤ 0.17Q (1.15) Nếu chuyển dịch công trình có giá trị dự báo là nhỏ thì đại lượng 𝑚𝑄 tính theo công thức trên là nhỏ, trong một số trường hợp sẽ rất khó đạt được tiêu chuẩn

độ chính xác như vậy

2- 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 công trình cụ thể (các tiêu chuẩn này do cơ quan quản lý ngành ban hành) Yêu cầu độ chính xác quan trắc đối với các công trình dân dụng-công nghiệp thông thường được đưa ra như sau:

Bảng 1.1: Độ chính xác trong thực tế

chuyển dịch ngang

Có thể phân chia các chu kỳ quan trắc chuyển dịch thành ba giai đoạn: giai đoạn thi công, giai đoạn đầu vận hành và giai đoạn công trình đi vào ổn định

Trong giai đoạn thi công, chu kỳ quan trắc đầu tiên được thực hiện ngay sau thời điểm xây xong phần móng, khi mà công trình còn chưa chịu tác động của tải trọng hoặc áp lực ngang Các chu kỳ tiếp theo được ấn định tùy thuộc tiến độ xây dựng và mức tăng tải trọng công trình

Ở giai đoạn công trình mới được đưa vào sử dụng, các chu kỳ quan trắc được

ấn định phù thuộc vào tốc độ chuyển dịch và đặc điểm vận hành công trình Thời gian đo giữa hai chu kỳ trong giai đoạn này có thể chọn từ 2 đến 6 tháng Khi công trình đi vào ổn định, thời gian giữa 2 chu kỳ kế tiếp được ấn định thưa hơn, có thể 6 tháng đến 1 năm hoặc 2 năm, việc quan trắc sẽ kết thúc khi công trình hoàn toàn ổn định

Trang 15

Trong một số trường hợp đặc biệt, khi phát sinh yếu tố ảnh hưởng không có lợi đến độ ổn định của công trình, cần thực hiện các chu kỳ quan trắc bổ sung Riêng đối với các công trình chịu áp lực biến đổi theo chu kỳ (như các công trình chịu áp lực tại nhà máy thủy điện, đập nước của hồ chứa), các công tác quan trắc biến dạng được thực hiện thường trong suốt quá trình vận hành, khai thác công trình (TS Nguyễn Tấn Lộc, 2012; Trần Văn Quảng, 2001)

1.3 Các phương pháp xác định chuyển dịch ngang công trình:

1.3.1 Quan trắc chuyển dịch ngang công trình bằng phương pháp hướng chuẩn:

- Khái niệm chung:

Hướng chuẩn qua hai điểm là mặt phẳng đứng đi qua hai điểm đó Trên hình 1.1 thể hiện mặt phẳng đứng P là hướng chuẩn qua 2 điểm A và B

Hình 1.1: Khái niệm về hướng chuẩn

Độ lệch hướng của điểm (i) so với hướng chuẩn là khoảng cách từ điểm (i) đến hướng chuẩn Trên hình 1 điểm 1 có độ lệch hướng 𝛿1, điểm 2 có độ lệch hướng 𝛿2 Theo quy ước, độ lệch hướng về bên phải mặt phẳng P mang dấu (+) về bên trái mang dấu (-)

Công tác trắc địa thực hiện với mục đích xác định độ lệch hướng của các điểm quan trắc so với mặt phẳng đứng qua hai điểm cơ sở gọi là đo hướng chuẩn Thực tế phương pháp hướng chuẩn được áp dụng trong nhiều lĩnh vực trắc địa công trình: trong định vị công trình, trong đo vẽ hoàn công, trong đo chuyển dịch ngang các công trình dạng thẳng

Trang 16

- Phương pháp thành lập hướng chuẩn:

Phụ thuộc vào phương tiện thành lập, hướng chuẩn được chia thành ba loại:

1 Hướng chuẩn cơ học, được xác định bằng cách căng dây qua hai điểm cố định

2 Hướng chuẩn quang học tạo bởi tia ngắm từ điểm đặt máy đến điểm đặt tiêu

3 Hướng chuẩn laze tạo bởi trục của chùm tia sáng laze từ điểm đặt máy đến điểm đặt tiêu

Hướng chuẩn quang học là loại được sử dụng phổ biến nhất trong trắc địa do tính đơn giản, khả năng tạo lập các hướng chuẩn có chiều dài lớn

Trong phương pháp hướng chuẩn quang học có hai cách đo độ lệch hướng đó

là phương pháp đo góc nhỏ và phương pháp bảng ngắm di động (PGS.TS Trần Khánh, TS Nguyễn Quang Phúc, 2010; Trần Văn Quảng, 2001)

a Phương pháp góc nhỏ:

Để đo độ lệch hướng của điểm i so với hướng chuẩn AB, tại điểm A đặt máy kinh vĩ, tại điểm b và điểm quan trắc i đặt bảng ngắm Đo góc β và khoảng cách ngang S (hình 1.2)

Trang 17

Khi đo, đặt máy tại A, đặt bảng ngắm cố định tại B, thành lập hướng chuẩn

A - B Đặt bảng ngắm tại điểm quan trắc sao cho thước khắc vạch thẳng góc với gướng A - B Dùng vít di động điều chỉnh bảng ngắm cho đến khi tia ngắm đi qua tâm bảng ngắm Độ lệch hướng δ được xác định là hiệu số đọc trên thước khắc vạch tại điểm quan trắc và số đọc ban đầu của thước

Cần phải đo ngắm ở hai vị trí bàn độ đứng của máy kinh vĩ để khử sai số 2C Đối với mốc quan trắc thướng đo từ 2 đến 3 lần và lấy giá trị trung bình của các lần đọc số Sai số trung phương của độ lệch hướng δ được tính theo công thức:

𝑚𝛿2 = 𝑆2

Trong đó: 𝑚𝑜- sai số định hướng chuẩn

𝑚𝑛𝑔- sai số đưa bản ngắm vào đúng hướng chuẩn

𝑚𝑓- sai số điều quang

S - khoảng cách từ máy đến điểm đo

Hiện nay có nhiều công trình hiện đại với kích thước lớn có điều kiện đo ngắm phức tạp và đòi hỏi độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang cao Do đó, phải xác định các sơ đồ và biện pháp đo hướng chuẩn thích hợp để vừa đảm bảo yêu cầu độ chính xác quan trắc, vừa ứng dụng linh hoạt phù hợp với điều kiện thực địa tại từng công trình (Trần Văn Quảng, 2001)

Một số sơ đồ hướng chuẩn thường gặp:

- Sơ đồ toàn hướng

Trang 18

- Sơ đồ phân đoạn

- Sơ đồ nhích dần

- Sơ đồ giao chéo

1.3.2 Quan trắc chuyển dịch ngang bằng lưới đo góc-cạnh:

a Phương pháp tam giác:

Phương pháp tam giác thường được ứng dụng để quan trắc chuyển dịch ngang của các công trình xây dựng ở vùng đồi núi như các đập thủy lợi - thủy điện, công trình cầu, đường Các mốc quan trắc được bố trí ở những vị trí đặc trưng của công 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 toàn đạc điện tử độ chính xác cao Lưới quan trắc được tính toán bình sai theo phương pháp chặt chẽ để bảo đảm độ tin cậy của kết quả

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 tọa độ các điểm trong lưới với độ chính xác cao Tuy nhiên, do số lượng trị đo trong lưới tam giác thường là lớn nên việc đo

đạc trong mạng lưới cũng tốn nhiều thời gian, công sức và các chi phí khác

Hình 1.3: Lưới tam giác trong quan trắc chuyển dịch ngang

A, B, C, D – các điểm khống chế, đặt ngoài công trình

1, 2, 3 – là các điểm quan trắc gắn trên công trình

Dựa vào các điểm quan trắc ở 2 chu kỳ đo khác nhau để tính giá trị và hướng chuyển dịch Nếu ký hiệu: 𝑋(𝑖), 𝑋(𝑗), 𝑌(𝑖), 𝑌(𝑗) – tọa độ của điểm N tính được ở chu

kỳ i và j; 𝑄𝑥, 𝑄𝑦 – chuyển dịch của điểm N theo trục OX, OY; Q, α – giá trị và hướng của chuyển dịch toàn phần thì các tham số chuyển dịch của điểm N được tính theo công thức:

Trang 19

Phương pháp đa giác được sử dụng để quan trắc chuyển dịch ngang của những công trình có dạng hình cung như các tuyến đường, hầm giao thông., tuyến đập dạng vòm Trên mỗi tuyến quan trắc xây dựng 1 đường chuyền qua các mốc gắn tại công trình, ở hai đầu được dựa trên 2 điểm khống chế cơ sở và đo nối ít nhất 2 phương vị gốc Đo góc, cạnh trong tuyến đa giác bằng máy toàn đạc điện tử chính xác

Hình 1.4: Sơ đồ lưới quan trắc trong phương pháp đa giác

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 𝑚𝛽, sai số đo cạnh 𝑚𝑆, điểm yếu nhất (sau bình sai) sẽ là điểm nằm ở giữa tuyến và được ước lượng gần đúng (PGS.TS Trần Khánh, TS Nguyễn Quang Phúc, 2010; Trần Văn Quảng, 2001)

b Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp giao hội:

Các dạng lưới giao hội (giao hội góc, giao hội cạnh và giao hội góc - cạnh) có thể được áp dụng để quan trắc chuyển dịch ngang công trình 1 cách hiệu quả Lưới giao hội dễ phù hợp với nhiều dạng địa hình, nhiều loại công trình và triển khai thi công thuận tiện bằng các loại máy toàn đạc điện tử Khi thiết kế phương án cần cân nhắc, lựa chọn đồ hình phù hợp, để vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật quan trắc, vừa đạt hiệu quả kinh tế trong công việc Trong lưới giao hội, máy đo được đặt tại các điểm khống chế cơ sở, tiêu ngắm đặt tại các mốc quan trắc Từ các điểm lưới khống chế tiến hành đo các yếu tố cần thiết đến tất cả các điểm quan trắc trên tuyến

Khi các điểm quan trắc được xác định bằng phương pháp giao hội từ hơn hai điểm khống chế cơ sở thì sẽ xuất hiện trị đo thừa, khi đó ta tiến hành bình sai để xác định tọa độ của các điểm quan trắc

Trang 20

Trong trường hợp giao hội nghịch góc-cạnh thiết kế lưới cần chú ý đến điểm bất lợi của đồ hình giao hội nghịch, đó là: điểm quan trắc nằm trên vòng tròn ngoại tiếp tam giác được tạo bởi ba điểm khống chế cơ sở (tham gia để xác định tọa độ điểm quan trắc) Trong trường hợp này ta sẽ không xác định được tọa độ của các điểm quan trắc

Độ chính xác của phương pháp giao hội phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác

đo góc và đo cạnh Nhiều kết quả khảo sát lý thuyết và thực nhiệm 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

- 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 góc-cạnh cũng không tăng nhiều so với giao hội cạnh

Từ những phân tích trên có thể thấy: với các mạng lưới cỡ vừa và lớn (chiều dài trong lưới giao hội dao động trong khoảng 300 đến 1500m) thì áp dụng giao hội cạnh là có lợi nhất (Trần Văn Quảng, 2001)

1.4 Lưới khống chế trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình:

1.4.1 Nguyên tắc xây dựng lưới quan trắc chuyển dịch ngang công trình:

Chuyển dịch ngang công trình được xác định trên cơ sở so sánh tọa độ các điểm quan trắc gắn trên công 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 ngoài phạm

vi ảnh hưởng chuyển dịch của công trình, các mốc này có tác dụng là cơ sở tọa độ gốc cho toàn bộ công tác quan trắc và được gọi là mốc khống chế cơ sở Yêu cầu đối với các điểm mốc khống chế là phải có vị trí ổn định trong suốt quá trình quan trắc

- Hệ thống mốc loại 2 là các mốc gắn trên công trình, cùng chuyển dịch với công trình và được gọi là mốc chuyển dịch (mốc quan trắc)

Hình thức mốc trong quan trắc chuyển dịch ngang được thiết kế phù hợp với đặc điểm của từng loại công trình cụ thể, tuy nhiên điều bắt buộc là các mốc đó đều phải có kết cấu thuận tiện cho việc đặt thiết bị đo và đảm bảo hạn chế sai số định tâm máy cũng như bảng ngắm ở giới hạn cho phép

Trong mỗi chu kỳ quan trắc cần thực hiện các phép đo để xác định vị trí tương đối giữa các điểm mốc khống chế nhằm kiểm tra và đánh giá độ ổn định của các mốc đó, như vậy sẽ tạo thành một bậc lưới, là lưới khống chế Đồ hình đo nối giữa

Trang 21

hệ thống mốc quan trắc với các mốc khống chế tạo ra bậc lưới thứ 2, được gọi là bậc lưới quan trắc Giữa 2 bậc lưới nêu trên có thể xây dựng thêm một số bậc trung gian, tạo thành một hệ thống lưới nhiều bậc Tuy vậy, với các thiết bị đo đạc như hiện nay thì áp dụng lưới 2 bậc là phù hợp và đảm bảo tính chặt chẽ so với lưới có

số bậc nhiều hơn

Trong một số trường hợp, có thể bỏ qua việc thành lập bậc lưới khống chế nếu xây dựng được các mốc khống chế chắc chắn ổn định Ví dụ: các mốc được chôn trên nền tầng đá gốc và có cấu trúc theo phương pháp dây dọi ngược, thông thường các mốc này được chôn tới độ sâu của tầng đá gốc

Giải pháp hợp lý và có hiệu quả kinh tế là thành lập mạng lưới khống chế cơ

sở với các mốc chôn nông Áp dụng các biện pháp đo và xử lý số liệu thích hợp để đánh giá mức độ chuyển dịch của các mốc trong lưới, trên cơ sở đó lựa chọn các mốc ổn định để làm cở sở tọa độ gốc cho toàn bộ công tác quan trắc Bậc lưới quan trắc được xây dựng như lưới phụ thuộc, trên cơ sở số liệu đo đạc tiến hành bình sai, tính toán tọa độ độ các mốc quan trắc và các tham số chuyển dịch biến dạng công trình (Trần Văn Quảng, 2001)

đo ngắm tới các điểm quan trắc Với những công trình đòi hỏi quan trắc chuyển dịch với độ chính xác cao thì các mốc khống chế cơ sở được thiết kế theo dạng định tâm bắt buộc Đối với các công trình thủy điện, các mốc khống chế thường được bố trí ở hai đầu đập và hai bên bờ sông về phía hạ lưu

- Cấu trúc hình học của lưới :

Để đảm bảo độ chính xác cao của công tác quan trắc, đồ hình của lưới khống chế được thiết kế dưới dạng tam giác dày đặc Trước đây, khi phương tiện đo chiều dài còn hạn chế, các mạng lưới khống chế được xây dựng dưới dạng lưới tam giác

đo góc với một số cạnh đáy được đo chính xác bằng thước dây invar Lưới tam giác

đo góc có một số nhược điểm, cụ thể khó chọn vị trí để đo cạnh đáy, lưới có độ chính xác không cao, thời gian thi công lâu Hiện nay, nhờ những tiến bộ vượt bậc trong công nghệ đo dài điện tử nên mạng lưới khống chế thường được xây dựng dưới các hình thức lưới tam giác đo cạnh hoặc đo góc - cạnh (Trần Văn Quảng, 2001)

Trang 22

b Tương quan giữa sai số đo góc và chiều dài trong lưới đo góc-cạnh:

Trong qua trình thiết kế các mạng lưới góc cạnh luôn gặp và phải giải quyết vấn đề xác định tương quan hợp lý giữa sai số đo góc và sai số đo chiều dài trong lưới, điều này không những giúp xây dựng được mạng lưới với sai số đồng đều mà còn có ý nghĩa về hiệu quả kinh tế

Các kết quả nghiên cứu về vấn đề này đã chỉ ra rằng, tương quan hợp lý nhất giữa sai số đo góc và đo chiều dài trong mạng lưới đo góc-cạnh là:

Trong đó: 𝑚𝑆, 𝑚𝛽 là sai số đo chiều dài và đo góc trong lưới

Trong mọi trường hợp, khi thiết kế các chỉ tiêu độ chính xác đo trong mạng lưới góc-cạnh, cần chú ý đảm bảo điều kiện:

Tương quan độ chính xác giữa lưới tam giác đo góc, tam giác đo cạnh và tam giác đo góc-cạnh thể hiện ở các điểm sau:

+ Lưới tam giác đo góc có độ chính xác thấp về các chỉ tiêu: sai số vị trí điểm, sai số chiều dài cạnh

+ Lưới đo toàn cạnh có độ chính xác thấp về phương vị

+ Lưới đo góc - cạnh có độ chính xác cao nhất ở tất cả các chỉ tiêu cần đánh giá sai số vị trí điểm, sai số chiều sai và phương vị cạnh

Như vậy, dạng lưới tốt nhất để thành lập lưới khống chế quan trắc chuyển dịch ngang công trình (cũng như các mạng lưới trắc địa công trình độ chính xác cao khác) là lưới đo góc - cạnh Loại lưới này có đồ hình chặt chẽ, cho phép chọn vị trí điểm mốc một cách linh hoạt và được thi công nhanh chóng, thuận lợi bằng các loại máy toàn đạc điện tử có độ chính xác cao (PGS.TS Trần Khánh, TS Nguyễn Quang Phúc, 2010)

1.4.3 Lưới khống chế quan trắc:

Lưới quan trắc là hệ thống các mốc quan trắc được gắn trên công trình, chuyển dịch cùng với công trình Như ta đã biết, đồ hình đo nối giữa hệ thống mốc quan trắc với các mốc khống chế tạo ra bậc lưới quan trắc

𝑚 𝑆

𝑆 = 𝑚𝛽

Trang 23

Phân bố mốc quan trắc:

+ Đối với công trình dân dụng, mốc quan trắc được đặt theo chu vi của công trình, các mốc cách nhau không quá 20m, ở những vị trí chịu ảnh hưởng lớn của áp lực ngang thì khoảng cách của các mốc là từ 10 đến 15m

+ Đối với công trình công nghiệp, phân bố mốc tùy thuộc vào loại móng công trình, với móng băng liền khối: các mốc đặt cách nhau từ 10 đến 15m, tại công trình xây trên móng cọc: trên mỗi đài cọc không ít hơn 3 mốc

+ Tại các đập thủy điện, thủy lợi, các mốc quan trắc được bố trí trong đường hầm thân đập, dọc theo tuyến cơ và đỉnh đập, nếu là đập đất đá thì khoảng cách giữa các mốc khoảng từ 15 đến 50m, còn đối với đập bê tông thì tại mỗi khói bố trí từ hai mốc trở lên (Đào Xuân Lộc, 2009)

1.4.4 Kết cấu, phân loại mốc quan trắc :

3- Nắp bảo vệ 4- Mặt bích 5- Cột bê tông 6- Đế mốc 7- Lớp gạch lót đáy

Trang 24

Hình 1.6 : Cấu tạo mốc loại nổi

Hình 1.7 : Cấu tạo mốc loại chìm

b Mốc quan trắc :

Mốc quan trắc được gắn trên công trình tại những vị trí cần theo dõi chuyển dịch Kết cấu mốc phải được chọn cẩn thận để bảo đảm độ bền vững, có thể bảo quản lâu dài và thuận lợi cho việc đặt thiết bị quan trắc

Có 2 loại mốc quan trắc thường được sử dụng là mốc đặt trên nền và mốc gắn trên tường Yêu cầu chung đối với 2 loại mốc này là khi một đầu mốc đã gắn vào công trình và cùng chuyển dịch với công trình thì đầu còn lại của mốc phải có cấu trúc thuận tiện cho việc đặt máy hoặc dùng bảng ngắm (Bộ Xây Dựng ,2005)

Hình 1.8 : Mốc gắn tường

1-Ốc điều chỉnh mốc 2- Bê tông đẩy 3- Ống kim loại 4- Lớp đệm thân ống đáy 5- Ống bảo vệ

6- Lớp đệm mặt ống đáy 7- Đầu mốc bằng đồng có dấu chữ thập dài

8- Nắp bảo vệ 9- Tường gạch bảo vệ

1-Nắp bảo vệ bê tông 2- Tâm mốc bằng đồng có khắc chữ thập

3- Ốc điều chỉnh 4- Ốc điều chỉnh 5- Lớp cách nhiệt rắn dầy 6- Lớp bê tông dày

7- Ống kim loại 8- Chất lỏng cách nhiệt

Trang 25

Hình 1.9: Mốc gắn nền, móng

1.5 Quy trình kỹ thuật quan trắc chuyển dịch ngang công trình:

Quan trắc chuyển dịch ngang công trình được thực hiện theo tiến trình như sau:

- Lập phương án kỹ thuật:

Để quan trắc chuyển dịch biến dạng một công trình, trước hết cần phải lập phương án kỹ thuật với các nội dung:

1 Nhiệm vụ kỹ thuật của công tác quan trắc

2 Điều kiện tự nhiên, đặc điểm kết cấu và chế độ vận hành công trình

3 Kết cấu, sơ đồ phân bố mốc khống chế và mốc quan trắc

4 Thiết kế sơ đồ hệ thống lưới quan trắc

5 Ước tính độ chính xác và các chỉ tiêu kỹ thuật quan trắc

6 Thiết kế công tác đo đạc ngoại nghiệp và xử lý số liệu hệ thống lưới quan trắc

7 Tính toán tham số chuyển dịch biến dạng công trình Phân tích, suy giải kết quả quan trắc

8 Lập biểu đồ nhân lực, thời gian và tiến độ thi công phương án

9 Dự toán kinh phí cho dự án (Bộ Xây Dựng ,2005)

- Thiết kế cấu tạo các loại mốc chuẩn và mốc quan trắc chuyển dịch:

Tùy theo đặc điểm công trình và yêu cầu độ chính xác mà lựa chọn và thiết kế các loại mốc sao cho phù hợp

Mốc cơ sở có ba loại thường dùng là mốc nổi, mốc chìm và mốc có định tâm bắt buộc Các loại mốc này được đặt ở những nơi có địa chất ổn định

Mốc quan trắc có hai loại mốc thường được sử dụng là mốc gắn đặt trên nền

và mốc gắn trên tường Yêu cầu của hai loại mốc này là khi đầu mốc đã gắn vào công trình và cùng chuyển dịch với công trình thì đầu còn lại của mốc phải có cấu trúc thuận tiện cho việc đặt máy hoắc bảng ngắm

Trang 26

- Chọn vị trí đặt mốc hoặc hướng chuẩn:

Mốc cở sở được đặt ngoài phạm vi chuyển dịch của công tình, tại những vị trí

có điều kiện địa chất ổn định Số lượng mốc cở sở có thể là 2, 3, 4 hoặc có thể nhiều hơn tùy thuộc vào phương pháp quan trắc và đối tượng công trình

Đối với mốc quan trắc tùy thuộc vào đối tượng công trình mà thiết kế vị trí đặt mốc khac nhau Đối với công trình dân dụng, mốc được đặt theo chu vi công trình, đối với công trình công nghiệp, phân bố mốc tùy vào cấu tạo nền móng công trình, tại các đập thủy lợi, thủy điện mốc quan trắc, mốc quan trắc được bố trí trong đường hầm thân đập, dọc theo các tuyến cơ và đỉnh đập

- Gắn các mốc quan trắc chuyển dịch lên nhà và công trình

Sau khi thiết kế cấu tạo mốc và chọn được ví trí gắn mốc, ta thực hiện việc gắn mốc lên công trình bằng cách khoan tại các vị trí đã xác định, sau khi gắn mốc vào phải dùng hỗn hợp xi măng và sika để củng cố mốc

- Sử dụng các loại máy, thiết bị thích hợp để quan trắc; trước khi quan trắc máy móc, thiết bị phải được kiểm định đoạt chất lượng theo các quy định hiện hành

Hiện nay, các công tình thường sử dụng máy toàn đạc điện tử độ chính xác cao để thực hiện quan trắc chuyển dịch ngang như TS 02, TS 06,

- Tính toán xử lý số liệu, xác định các giá trị chuyển dịch và phân tích kết quả quan trắc

Tùy thuộc vào mức độ phức tạp của công trình mà lựa chọn phương pháp tính toán xử lý số liệu phù hợp:

+ Đối với các công trình có kết cấu đơn giản, số lượng điểm kiểm tra ít và được phân bố đều trên công trình thì cần tính các thông số chuyển dịch như chuyển dịch ngang trung bình của công trình, chênh lệch chuyển dịch theo một trục, độ cong tuyệt đối và độ cong tương đối của công trình theo một trục

+ Đối với các công trình có kết cấu phức tạp thì cần áp dụng các phương pháp phân tích thống kê như phương pháp đường thẳng xác suất, phương pháp mặt phẳng xác xuất, phương pháp biến đổi tọa độ (Bộ Xây Dựng ,2005)

Trang 27

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG

CÔNG TRÌNH 2.1 Phân tích độ ổn định của lưới mặt bằng cơ sở:

2.1.1 Mục đích của việc phân tích độ ổn định của lưới mặt bằng cơ sở:

Như đã biết, để quan trắc biến dạng công trình thường lập lưới khống chế 2 cấp độc lập, trong đó lưới cấp cơ sở dùng làm cơ sở khởi tính tọa độ trong các chu

kỳ, có yêu cầu độ chính xác ổn định rất cao

Tính ổn định của các điểm khống chế cơ sở có ý nghĩa rất quan trọng, quyết định tính đúng đắn của các giá trị chuyển dịch công trình xác định được từ các số liệu quan trắc

Vì vậy, một trong những nhiệm vụ quan trọng khi xử lý số liệu quan trắc biến dạng công trình là phân tích, tìm ra những điểm cơ sở ổn định và cả những điểm kém ổn định tại thời điểm xử lý lưới

2.1.2 Một số phương pháp phân tích độ ổn định của mốc trong lưới mặt bằng cơ sở:

a Phương pháp Kostekhel :

Phương pháp này phân tích dựa trên nguyên tắc tọa độ không đổi của các mốc ổn định nhất trong lưới Đại diện cho nhóm phương pháp này là tác giả Rumani A Kostekhel

Sau khi bình sai lưới như một luới tự do thì trong từng chu kỳ nào đó, được tiến hành bằng cách lần lượt chọn các mốc trong hệ thống làm mốc gốc để tính tọa

độ các mốc còn lại và độ dịch chuyển của các mốc còn lại Mốc gốc được chọn là mốc gốc nếu thỏa mãn hai điều kiện:

+ Tổng bình phương dịch chuyển của nó bé nhất

+ Giá trị tuyệt đối chuyển dịch tủng bình của mốc bé nhất

Mốc được chọn làm mốc gốc, có tọa độ của chính nó ở chu kỳ đo kề trước

𝑄𝑖𝑗 = 𝑄𝑥𝑖 + 𝑄𝑦𝑖 (Trần Văn Quảng, 2001)

Trang 28

Các mốc có dịch chuyển ΔS là đã thay đổi tọa độ và không được chọn làm mốc gốc

Như vậy, đối với mỗi mốc(i) được chọn làm điểm gốc khởi tính ở chu kỳ (j)

để bình sai lưới cơ sở , ta có:

Căn cứ theo sự thay đổi tọa độ mốc so với tọa độ điểm trọng tâm (điểm có tọa độ bằng tọa độ trung bình của các điểm trong lưới), ta có thể đánh giá được sự thay đổi tọa dộ mốc góc trên phông phản ứng toàn hệ Độ lệch tọa độ một mốc gốc nào đó từ chu kỳ j đến chu kỳ j+1 là :

Trang 29

𝑄𝑖𝑖- trọng số đảo tọa độ của mốc, 𝑄𝑖𝑖 = 𝑄𝑥𝑖 + 𝑄𝑦𝑖 (Trần Văn Quảng, 2001)

2.1.3 Phân tích độ ổn định của mốc lưới mặt bằng cơ sở bằng phương pháp bình sai lưới tự do:

a Khái niệm về lưới tự do:

Trong trắc địa phù thuộc vào số liệu gốc và định vị mạng lưới khống chế cần

có một số lượng tối thiểu số liệu gốc Số lượng tối thiểu này phụ thuộc vào từng loại lưới: đối với lưới mặt bằng số lượng tối thiểu số liệu gốc cần có là 4 yếu tố gồm: một cặp tọa độ (X,Y) để định vị lưới, một góc phương vị để định hướng lưới và một chiều dài cạnh để xác định kích thước lưới

Phụ thuộc vào số lượng số liệu gốc tối thiểu mà lưới trắc địa được chia thành hai loại : lưới phụ thuộc và lưới tự do

+ Hai cặp tọa độ của hai điểm

+ Hoặc một cặp tọa độ của một điểm để định vị lưới với một chiều dài cạnh

để xác định kích thước lưới và một góc phương vị để định vị hướng lưới mặt bằng

Số liệu gốc thừa có thể là:

Tọa độ khởi tính của các điểm lưới cấp trên

Các chiều dài cạnh hoặc các phương vị cạnh khởi tính đã được xác định với

độ chính xác cao coi như không có sai số (PGS.TS Trần Khánh, TS Nguyễn Quang Phúc, 2010)

Số khuyết d có thể nhận được các giá trị (1, 2, 3, 4) tương ứng với các bậc của lưới (1, 2, 3, 4) Để phân biệt được mức độ và dạng tự do của lưới thường dùng các kí hiệu:

Trang 30

- Lưới (x, y, 𝛼, m) - tự do: nếu trong lưới thiếu cả 4 yếu tố gốc tối thiểu, số bậc tự do của lưới là 4

- Lưới (x, y, 𝛼) - tự do: nếu trong lưới thiếu một cặp tọa độ (X, Y) và góc định hướng, số bậc tự do của lưới là 3

- Lưới (x, y, 𝑚) - tự do: nếu trong lưới thiếu một cặp tọa độ (X,Y) và cạnh để xác định kích thước lưới, số bậc tự do của lưới là 3

- Lưới (x, y) - tự do: nếu trong lưới thiếu một cặp tọa độ (X,Y), số bậc tự do của lưới là 2 (PGS.TS Trần Khánh, TS Nguyễn Quang Phúc, 2010; Trần Văn Quảng, 2001)

b Vai trò của ma trận định vị và vector tọa độ gần đúng trong mỗi chu kỳ:

Biểu thức 𝐶𝑇𝛿𝑥 + L = 0 được đưa vào trong quá trình bình sai lưới tự do với

ý nghĩa là hệ điều kiện ràng buộc đối với vector ẩn số và có các tác dụng:

+ Khử tính phụ thuộc các hàng của ma trận hệ phương trình chuẩn R

+ Định vị mạng lưới tự do

Vì vậy có thể gọi ma trận C là ma trận định vị lưới

+ Vector tọa độ bình sai phụ thuộc vào sự lựa chọn vector tọa độ gần đúng,

là ma trận C

+ Vector tọa độ không phụ thuộc vào tọa độ gần đúng của điểm có 𝐶𝑖 = 0

c Thiết lập sai số giới hạn để đánh giá độ ổn định của mốc cơ sở:

Các công thức tổng quát về sai số giới hạn ∆𝑔ℎ được đưa ra là:

∆𝑔ℎ = t√𝜇12𝑄𝑖(1) + 𝜇22𝑄𝑖(2) (2.14) Công thức đầu tiên là công thức tổng quát từ lý thuyết sai số đo, với 𝑚𝑠 là sai

số trung phương xê dịch chuyển dịch ngang Công thức thứ hai xuất phát từ lý thuyết sai số đo, với quan niệm rằng hai chu kỳ đo các điểm định vị C trong hai chu

kỳ đo là như nhau, còn 𝑄𝑖𝑖 là phần tử nằm trên đường chéo chính của ma trận giả nghịch đảo, t là sai số chuẩn được chọn tùy theo xác suất khi thiết lập khoảng tin cậy và quy luật phân bố sai số đo

Không nên sử dụng công thức thứ hai vì khi tính toán và dùng bình sai lưới

tự do để phân tích độ ổn định mốc, ma trận C ở hai chu kỳ thường là khác nhau Và nếu lưới không đo dư thừa hoặc giá trị đo dư < 6, 𝜇 lấy giá trị thiết kế theo quy trình công nghệ đo Nếu trong lưới có đo dư thừa với số lượng tối thiểu ≥ 6 thì μ của hai chu kỳ đo có thể tính theo công thức 𝜇 = √ [𝑃𝑉𝑉]

𝑛−𝑘+𝑑 nhưng t phải tuân

Trang 31

theo luật phân bố Student nếu số lượng đo dư < 20 (Đào Xuân Lộc, 2009; TS Nguyễn Tấn Lộc, 2012)

Trên cơ sở lý thuyết bình sai lưới tự do đã đề cập, trình tự các bước bình sai được tiến hành như sau:

Do trong lưới thiếu số liệu gốc nên ma trận A có các cột phụ thuộc (số cột phụ thuộc bằng số lượng số liệu gốc còn thiếu và được gọi là số khuyết chủ yếu của lưới)

2 Lập hệ phương trình chuẩn:

Hệ phương trình chuẩn có dạng:

Ma trận hệ số phương trình chuẩn 𝑅 = 𝐴𝑇𝑃𝐴; và ma trận cột số hạng tự do phương trình chuẩn 𝑏 = 𝐴𝑇𝑃𝐿 ; với L = 𝑡0- 𝑡đ𝑜

Trong đó:

A- Ma trận hệ số P- Ma trận đường chéo trong số trị đo

𝑡đ𝑜- Có thể là góc đo hoặc cạnh đo

3 Lập điều kiện định vị lưới:

Để xác định nghiệm riêng của lưới ta cần phải xác lập thêm một số điều kiện ràng buộc đối với vector ẩn số dưới dạng:

𝐶𝑇.𝛿𝑥 = 0

Hệ điều kiện phải thỏa mãn hai tiêu chuẩn sau:

+ Số phương trình bằng số khuyết d trong mạng lưới

+ Các hàng của ma trận 𝐶𝑇 phải độc lập tuyến tính với các cột của ma trận R

Trang 32

Biểu diễn biểu thức dưới dạng ma trận ta có:

𝑉𝑦-số hiệu chỉnh của trị đo

• Tọa độ các điểm sau bình sai:

𝑋′= 𝑋0 đối với điểm cơ sở ổn định

𝑋′= 𝑋0+ 𝛿𝑥 đối với điểm cơ sở không ổn định

Trang 33

Như vậy, nội dung xử lý trong bài bình sai lưới trắc địa tự do gồm hai quá trình:

- Xử lý cấu trức nội tại của lưới (quá trình này được thực hiện theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất: PVV = min)

- Xác định tọa độ các điểm trong lưới theo điều kiện ràng buộc đối với vector ẩn số Thực chất đây là quá trình định vị lưới và biểu thức

𝐶𝑇.𝛿𝑥=0 là điều kiện định vị lưới (PGS.TS Trần Khánh, TS Nguyễn Quang Phúc, 2010)

Để xác định điều kiện định vị lưới, tức là xác định biểu thức 𝐶𝑇 chúng ta tìm hiểu phép chuyển đổi Helmert và sự liện hệ của phép chuyển đổi tọa độ này với điều kiện định vị lưới tự do:

Hình 2.1 : Phép chuyển đổi Helmert

Giả sử gọi tọa độ của điểm i trong hệ XOY là 𝑥𝑖,𝑦𝑖 và 𝑥𝑖′, 𝑦𝑖′ là tọa độ điểm i trong hệ tọa độ 𝑋′𝑂′𝑌′

Theo phép chuyển đổi tọa độ Helmert ta tính đươc tạo độ điểm i trong hệ tọa

độ 𝑋′𝑂′𝑌′ theo công thức:

𝑥𝑖′ = 𝑎𝑥 + 𝑥𝑖.m.Cos(α) - 𝑦𝑖.m.Sin(α) (2.25)

𝑦𝑖′ = 𝑎𝑦 + 𝑦𝑖.m.Cos(α) + 𝑥𝑖.m.Sin(α) (2.26) Khi triển tuyến tính công thức 𝑀𝐹 = 𝜇√1

𝑃 𝐹 theo các biến 𝑎𝑥, 𝑎𝑦,α ,m, thực tế góc α rất nhỏ nên Sin(α) và Cos(α)≈ 1 Kết quả thu được:

𝑥𝑖′ = 1.𝛿𝑎𝑥 + 0 𝛿𝑎𝑦 + 𝑦𝑖 𝛿𝛼 + 𝑥𝑖.𝛿𝑚 + 𝑥𝑖 (2.27)

𝑦𝑖′ = 0.𝛿𝑎𝑥 + 1 𝛿𝑎𝑦 - 𝑥𝑖 𝛿𝛼 + 𝑦𝑖.𝛿𝑚 + 𝑦𝑖 (2.28) Với tập hợp vector gần đúng của các tham số chuyển đổi:

Ký hiệu đối với điểm i:

X = (𝑥𝑖 𝑦𝑖)𝑇; 𝑋𝑖′ = (𝑥𝑖′ 𝑦𝑖′)𝑇 = (𝑎𝑥 𝑎𝑦 𝛿𝛼 𝛿𝑚 )𝑇 (2.30)

Trang 34

đó trước lúc chuyển đổi ký hiệu là X thì ta có:

ẩn số 𝛿𝑥 đối với hệ phương trình chuẩn: R 𝛿𝑥+b=0

Điều kiện bổ sung 𝐶𝑇.𝛿𝑥=0 được đưa ra để khử tính vô định của hệ phương trình chuẩn Nếu coi tập hợp tọa độ gần đúng khởi đầu cũng như tập hợp tọa độ bình sai xác định một hệ tọa độ có thể suy ra rằng : hệ điều kiện 𝐶𝑇.𝛿𝑥= 0 có chức năng tính chuyển từ tọa độ gần đúng sang tọa độ bình sai Khi đó vector 𝛿𝑥 sẽ có vai trò là vector số hiệu chỉnh trong phép tính chuyển tọa độ

Đối với lưới khống chế ta cần loại các điểm khống chế không ổn định và chỉ giữ lại các điểm khống chế ổn định Ma trận 𝐶𝑖 được xác định như sau:

𝐶𝑖 = [1 0 𝑌𝑖 𝑋𝑖

0 1 −𝑋𝑖 𝑌𝑖]- với i là điểm ổn định

𝐶𝑖 = [0 0 0 0

0 0 0 0]-với điểm i là điểm không ổn định (Đào Xuân Lộc, 2009)

Quy trình xác định độ ổn định lưới khống chế cơ sở:

Việc định vị lưới khống chế cơ sở bao gồm hai nhiệm vụ:

- Phân tích hệ thống lưới cơ sở, tìm ra những điểm gốc ổn định tại thời điểm

Trang 35

quan trắc như một lưới phụ thuộc với số liệu gốc là tọa độ các điểm cơ sở Tuy nhiên như vậy, lưới quan trắc ít nhiều sẽ bị ảnh hưởng của sai số số liệu gốc

Để khắc phục những hạn chế nêu trên, ta tiến hành xử lý đồng thời 2 bậc lưới theo thuật toán bình sai lưới tự do Hai nhiệm vụ trên khi xử lý hệ thống lưới quan trắc chuyển dịch ngang được giải quyết nhờ quá trình tính lặp sau đây :

- Bước 1: Bình sai tổng thể hai cấp lưới theo thuật toán bình sai lưới tự do, định vị lưới trong hệ thống các điểm tọa độ cơ sở

- Bước 2: Phân tích hệ thống lưới cơ sở để tìm ra những điểm tọa độ gốc ổn định

- Bước 3: Bình sai lại hệ thống trong lưới, định vị lại mạng lưới theo các điểm tọa độ cơ sở ổn định đã tìm được ở bước 2 (TS Nguyễn Tấn Lộc, 2012)

Quá trình tính lặp này được cụ thể bằng một quy trình xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang theo thuật toán bình sai lưới tự do Việc xử lý được tiến hành như sau:

Chu kỳ 1: Lấy 2 điểm cơ sở làm điểm khởi tính để tính trị gần đúng cho tọa

độ của tất cả các điểm trong lưới (cả điểm cơ sở và điểm quan trắc) Sau đó bình sai chung cả lưới cơ sở và lưới quan trắc như một lưới tự do

Ở chu kỳ này không đặt vấn đề phân tích độ ổn định của các điểm cơ sở Chu kỳ 2: Bình sai hệ thống lưới theo thuật toán bình sai lưới tự do với các điểm định vị là các điểm của lưới cơ sở, kết hợp phân tích độ ổn định của các mốc gốc Sẽ xảy ra một trong các tình huống sau đây:

Có một điểm định vị không ổn định: Loại điểm gốc này ra khỏi danh sách các điểm định vị, tiến hành định vị lưới theo các điểm còn lại

Tất cả các điểm định vị đều ổn định: Quá trình bình sai diễn ra bình thường, lưới quan trắc được định vị theo tất cả các điểm định vị

Ở chu kỳ thứ i, tọa độ của các điểm định vị ổn định được giữ nguyên, còn những điểm không ổn định sẽ nhận giá trị tọa độ mới để định vị tiếp theo cho chu

kỳ thứ (i+1) Việc phân tích độ ổn định cũng được thực hiện như ở chu kỳ 2 (TS Nguyễn Tấn Lộc, 2012)

2.2 Xử lý số liệu lưới quan trắc:

Hiện nay, để xử lý số liệu của lưới quan trắc mặt bằng thường dùng 2 phương pháp là:

2.2.1 Xử lý lưới quan trắc theo phương pháp bình sai điều kiện:

a Các bước trong bình sai điều kiện:

- Xác định và viết hệ phương trình điều kiện số hiệu chỉnh:

1 Các phương trình điều kiện số hiệu chỉnh trong lưới tam giác đo góc:

- Phương trình điều kiện số hiệu chỉnh dạng góc:

Trang 36

+ Phương trình điều kiện hình:

Hình 2.2: Tam giác đo góc

Tổng giá trị bình sai của các góc trong hình đa giác khép kín phải đúng bằng trị lý thuyết đã biết của nó

Ký hiệu 𝛽1, 𝛽2, 𝛽𝑛 là giá trị bình sai của n góc trong một đa giác khép kín, phương trình điều kiện hình sẽ có dạng:

Hình 2.3 : Đa giác đo góc

Tổng trị bình sai của các góc tại trung tâm của các hình đa giác trung tâm phải bằng 3600

Phương trình điều kiện dạng vòng:

𝛽1𝑏𝑠 + 𝛽2𝑏𝑠 + 𝛽3𝑏𝑠 + 𝛽6𝑏𝑠 - 3600 = 0 (2.37) Phương trình điều kiện số hiệu chỉnh:

𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3 + 𝑉4 + 𝑉5 + 𝑉6 + 𝑊𝑉 = 0 (2.38)

𝛽1

Trang 37

Với 𝑊𝑉 = 𝛽1 + 𝛽2 + 𝛽3 + 𝛽6 - 3600

+ Phương trình điều kiện góc phương vị:

Hình 2.4 : Lưới đường chuyền đo góc

Xuất phát từ phương vị đã biết 𝛼Đ của cạnh đầu, dùng các góc đã bình sai tính chuyền phương vị về cạnh cuối, phải được giá trị bằng giá trị đã biết 𝛼𝐶 của cạnh đó

Phương trình điều kiện góc phương vị:

2 Các phương trình điều kiện số hiệu chỉnh dạng cạnh:

+ Phương trình điều kiện cực:

Hình 2.5 : Phương trình điều kiện cực

Xuất phát từ một cạnh nào đó, tính chuyển chiều dài theo một chiều khép kín trở về cạnh xuất phát thì phải nhận được chiều dài bằng chiều dài ban đầu

Phương trình điều kiện:

𝑠𝑖𝑛𝐴1𝑏𝑠𝑠𝑖𝑛𝐴2𝑏𝑠𝑠𝑖𝑛𝐴3𝑏𝑠𝑠𝑖𝑛𝐴4𝑏𝑠𝑠𝑖𝑛𝐵1𝑏𝑠𝑠𝑖𝑛𝐵2𝑏𝑠𝑠𝑖𝑛𝐵3𝑏𝑠𝑠𝑖𝑛𝐵4𝑏𝑠 = 1 (2.41)

Trang 38

Phương trình điều kiện số hiệu chỉnh dạng tuyến tính:

Hình 2.6 : Phương trình điều kiện cạnh

Xuất phát từ một chiều dài cạnh cố định dùng các góc sau bình sai tính chuyền chiều dài về một cạnh cố định khác phải nhận được giá trị bằng giá trị đã biết của cạnh đó

Phương trình điều kiện chiều dài:

𝑆𝐴𝐵 𝑠𝑖𝑛𝐴1

𝑏𝑠 𝑠𝑖𝑛𝐴2𝑏𝑠…𝑠𝑖𝑛𝐴𝑛𝑏𝑠𝑠𝑖𝑛𝐵1𝑏𝑠𝑠𝑖𝑛𝐵2𝑏𝑠…𝑠𝑖𝑛𝐵𝑛𝑏𝑠-𝑆𝐶𝐷 = 0 (2.43) Phương trình điều kiện số hiệu chỉnh dạng tuyến tính:

3 Các phương trình số hiệu chỉnh trong lưới đo góc cạnh:

+ Phương trình điều kiện hình:

Phương trình số hiệu chỉnh:

Với 𝑊ℎ = 𝛽1đ𝑜 + 𝛽2đ𝑜 + 𝛽3đ𝑜 - 180

Trang 39

Hình 2.7 : Phương trình điều kiện hình +Phương trình điều kiện chiều dài cạnh:

Hình 2.8 :Phương trình điều kiện chiều dài cạnh

Phương trình điều kiên được lập dựa vào định lý hàm sin:

Phương trình điều kiện số hiệu chỉnh chiều dài:

sinB.𝑉𝑎 - sinA.𝑉𝑏 + a.cosB𝑉𝐵

"

𝜌" - b.cosA𝑉𝐴

"

𝜌" + 𝑊1 = 0 với 𝑊1 = 𝑎′sin𝐵′ - 𝑏′sin𝐴′

(2.50)

+ Phương trình điều kiện tọa độ:

Hình 2 9: Phương trình điều kiện tọa độ

Trang 40

Phương trình điều kiện số hiệu chỉnh tọa độ:

Các sai số khép giới hạn các phương trình điều kiện:

1 Phương trình điều kiện hình:

n : số góc tham gia phương trình điều kiện vòng

3 Phương trình điều kiên cực:

4 Phương trình điều kiện góc phương vị:

𝑚𝛼: sai số trung phương của gốc phương vị khởi tính

5 Phương trình điều kiện chiều dài:

(𝑊𝑆)𝑔ℎ = 2.√𝑆𝐶𝐷2 .𝑚𝑜

𝜌 2 [𝑐𝑡𝑔𝐴2+ 𝑐𝑡𝑔𝐵2] + 𝑚𝐴𝐵2 𝑆𝐶𝐷2

𝑆𝐴𝐵2 + 𝑚𝐶𝐷2 (2.63)

Định dạng
Số trang	109
Dung lượng	4,26 MB