Ứng dụng công nghệ gps trong xây dựng lưới khống chế thi công công trình thuỷ điện có chiều cao cột nước lớn

Mục đích nghiên cứu của đề tài - Khảo sát đặc điểm ứng dụng, các phương pháp đo GPS và các biện pháp bảo đảm hiệu quả và độ chính xác trong quá trình thành lập lưới khống chế thi công cá

-W X -LÊ BÁ TOÁN

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG XÂY

DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN CÓ CHIỀU CAO CỘT NƯỚC LỚN

Chuyên ngành: Kỹ thuật trắc địa

Mã số: 60.52.85

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Hoàng Xuân Thành

HÀ NỘI – 2013

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

Tác giả

Lê Bá Toán

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC CÁC HÌNH 6

MỞ ĐẦU 8

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS 12

1.1 Giới thiệu chung về công nghệ GPS ……… 12

1.2 Các phương pháp định vị GPS 16

1.3 Các nguồn sai số trong đo GPS và biện pháp khắc phục………… 18

1.4 Một số ứng dụng công nghệ GPS trong trắc địa……….…… 24

Chương 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN CÓ CHIỀU CAO CỘT NƯỚC LỚN 29

2.1 Đặc điểm cấu trúc của công trình thuỷ điện có chiều cao cột nước lớn……… ……… 29

2.2 Yêu cầu độ chính xác bố trí các hạng mục công trình thủy điện 33

2.3 Ứng dụng GPS để thành lập lưới thi công công trình thủy điện 35

2.4 Một số chỉ tiêu kỹ thuật đo đạc lưới GPS 46

2.5 Một số giải pháp nâng cao hiệu qủa đo GPS trong lưới trắc địa công trình……… 48

Chương 3: TÍNH TOÁN XỬ LÝ SỐ LIỆU LƯỚI THI CÔNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN THÀNH LẬP BẰNG CÔNG NGHỆ GPS 54

3.1 Quy trình xử lý số liệu bằng phần mềm TBC (Trimble Business Center) 54

3.2 Chọn hệ tọa độ mặt chiếu đối với công trình thủy điện có chiều cao cột nước lớn……… 67

3.3 Tính chuyển tọa độ GPS về hệ tọa độ công trình………… …… 72

CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM THIẾT KẾ LƯỚI THỦY CÔNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN HỦA NA BẰNG CÔNG NGHỆ GPS 80

4.1 Giới thiệu tổng quan về công trình thủy điện Hủa Na 80

4.2 Thiết kế sơ đồ lưới thủy công đối với công trình thủy điện Hủa Na 82

4.3 Thực nghiệm xử lý số liệu lưới thủy công 87

KẾT LUẬN……… 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 PHỤ LỤC 96

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Tính năng kỹ thuật của một số loại máy thu GPS đang

được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam

15 Bảng 1.2: Quan hệ giữa PDOP và chất lượng tọa độ điểm quan sát… 23 Bảng 2.1: Yêu cầu độ chính xác bố trí các hạng mục công trình…… 34

Bảng 2.2: Phân cấp lưới khống chế thi công……… 36

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của lưới khống chế thi công………… 36

Bảng 2.4: Yêu cầu kỹ thuật cơ bản khi đo GPS……… 47

Bảng 2.5: Thời gian tối thiểu ca đo……… 47

Bảng 3.1: Giá trị hiệu độ cao của cạnh đo và độ cao mặt chiếu…… 69

Bảng 3.2: Giá trị khoảng cách từ kinh tuyến trục đến công trình…… 70

Bảng 4.1: Cấp hạng lưới thuỷ công công trình thuỷ điện Hủa Na… 82

Bảng 4.2: Tọa độ các điểm thiết kế và sai số vị trí điểm……… 86

Bảng 4.3: Bảng thành quả tọa độ phẳng bình sai……… 88

Bảng 4.4: Các tham số……… 89

Bảng 4.5: Thành quả tọa độ tính chuyển 90

Bảng 4.6: Tọa độ các điểm song trùng……… 91

Bảng 4.7: Kết quả các tham số tính chuyển……… 91

Bảng 4.8: Thành quả tọa độ tính chuyển……… 92

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Tổng quan về cấu trúc của hệ thống GPS……… 12

Hình 1.2: Hình ảnh một số loại máy thu GPS hiện đại……… 16

Hình 1.3: Định vị tuyệt đối……… 17

Hình 1.4: Nguyên lý đo tương đối……… ……… 18

Hình 1.5: Sai số do hiện tượng đa tuyến 21

Hình 2.1: Toàn cảnh công trình thủy điện 29

Hình 2.2: Công trình thủy điện Đa Nhim 30

Hình 2.3: Hồ chứa thủy điện Sơn La 31

Hình 2.4: Công trình đầu mối thủy điện A Lưới 32

Hình 2.5: Công trình thủy điện A Vương 32

Hình 2.6: Bản vẽ thiết kế mốc lưới khống chế thi công thủy điện 37

Hình 2.7: Ảnh mốc lưới khống chế thi công thủy điện 38

Hình 2.8: Liên kết điểm 40

Hình 2.9: Liên kết cạnh 40

Hình 2.10: Liên kết cạnh – điểm 40

Hình 3.1: Chương trình Trimble Business Center……… 54

Hình 3.2: File Menu……… 55

Hình 3.3: Survey Menu……… 56

Hình 3.4: Reports Menu 57

Hình 3.5: Sơ đồ quy trình xử lý số liệu bằng phần mềm TBC 2.70… 58 Hình 3.6: Hộp thoại Import……… 59

Hình 3.7: Nhập dữ liệu từ chức năng Import……… 60

Hình 3.8: Hộp thoại Importing File……… 61

Hình 3.9: Hộp thoại Receiver Raw Data In……… 61

Hình 3.10: Hộp thoại Process Baselines……… 62

Hình 3.11: Modun Adjust Network……… 65

Hình 3.12: Modun Coordinate System Manager……… 66

Hình 3.13: Chiếu cạnh đo lên mặt Elipxoid ……… 68

Hình 3.14: Chuyển đổi tọa độ vuông góc phẳng 76

Hình 4.1: Nhà máy thủy điện Hủa Na……… ……… 80

Hình 4.2: Sơ đồ mạng lưới tam giác thủy công……… 83

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đối với mỗi Quốc gia, nhu cầu về điện năng để phục vụ cho sinh hoạt của người dân và công cuộc phát triển kinh tế đất nước là hết sức quan trọng, vấn đề sản xuất điện luôn được coi là vấn đề trọng điểm của Quốc gia đó Việt Nam là một nước đang phát triển, khả năng cung cấp điện phục vụ sản xuất và sinh hoạt đang rất thiếu so với nhu cầu thực tế Sản xuất điện là một nhiệm vụ hết sức nặng nề đối với ngành điện lực trong nhiều thập kỷ tới

Với đặc điểm khí hậu của một nước nhiệt đới gió mùa: mưa nhiều, nguồn nước của các sông suối dồi dào, tiềm năng thủy điện phong phú, nên hướng đầu tư vào thủy điện đang được ưu tiên trong chiến dịch phát triển của ngành điện lực Các dự án thủy điện với nhiều quy mô lớn, vừa và nhỏ đã và đang được đầu tư xây dựng mạnh mẽ ở các vùng như: vùng đông Nam bộ, khu vực Tây Nguyên, khu vực miền Trung và các tỉnh miền núi phía Bắc Nhưng công tác trắc địa phục vụ cho khảo sát, thi công còn đang gặp nhiều khó khăn do điều kiện địa hình vùng rừng núi phức tạp

Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ GPS trong trắc địa đã rất phổ biến, đặc biệt trong ứng dụng dụng vào mục đích thành lập các loại lưới khống chế

Sự phát triển nhanh của khoa học công nghệ giúp cho khả năng ứng dụng công nghệ GPS ngày càng cao, các phần mềm xử lý số liệu ngày càng ưu việt

và đáp ứng được các yêu cầu đa dạng của thực tế sản xuất

Sử dụng công nghệ GPS để xây dựng lưới khống chế thi công công trình thuỷ điện có ý nghĩa khoa học và thực tiễn to lớn vì khi áp dụng công nghệ này chúng ta tiết kiệm được thời gian sản xuất, giảm bớt chi phí, nhân công, khắc phục được những khó khăn về địa hình

Vì vậy, việc nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng công nghệ GPS trong xây

dựng lưới khống chế thi công công trình thủy điện có chiều cao cột nước

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Khảo sát đặc điểm ứng dụng, các phương pháp đo GPS và các biện pháp bảo đảm hiệu quả và độ chính xác trong quá trình thành lập lưới khống chế thi công các công trình thuỷ điện

- Nghiên cứu đặc điểm, yêu cầu kỹ thuật đối với lưới thi công công trình thuỷ điện có chiều cao cột nước lớn, từ đó xác định phương pháp thiết

kế, tổ chức đo đạc lưới thi công bằng công nghệ GPS

- Khảo sát công tác xử lý số liệu GPS: Phương pháp và quy trình tính toán bình sai lưới, tính chuyển tọa độ GPS về hệ tọa độ công trình

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đo đạc, tính toán bình sai lưới khống chế thi công công trình thuỷ điện Hủa Na

- Nghiên cứu ứng dụng phần mềm TRIMBLE BUSINESS CENTER để

xử lý số liệu GPS

4 Nội dung nghiên cứu

- Thu thập, nghiên cứu các tài liệu liên quan đến ứng dụng công nghệ GPS trong trắc địa công trình, độ chính xác và các tiêu chuẩn trong xây dựng thủy điện Thu thập các số liệu thực tế từ việc xây dựng lưới khống chế thi công tại các công trình thuỷ điện

- Xây dựng quy trình thiết kế, tổ chức đo đạc và xử lý số liệu GPS trong thành lập lưới khống chế thi công công trình thuỷ điện có chiều cao cột nước lớn

- Thực nghiệm ứng dụng GPS trong thành lập lưới khống chế thi công công trình thuỷ điện

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thống kê: thu thập, tổng hợp, xử lý các thông tin và tài liệu liên quan

- Phương pháp phân tích: sử dụng các phương tiện và các công cụ tiện ích, phân tích có lôgíc các tư liệu, số liệu hiện có làm cơ sở giải quyết các vấn

đề đặt ra

- Phương pháp so sánh: tổng hợp các kết quả, so sánh đánh giá và đưa

ra các kết luận chính xác về vấn đề đặt ra

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ GPS trong trắc địa đã rất phổ biến, đặc biệt trong ứng dụng dụng vào mục đích thành lập các loại lưới khống chế Sự phát triển nhanh của khoa học công nghệ giúp cho khả năng ứng dụng công nghệ GPS ngày càng cao, các phần mềm xử lý số liệu ngày càng ưu việt và đáp ứng được các yêu cầu đa dạng của thực tế sản xuất

- Ứng dụng công nghệ GPS để xây dựng lưới khống chế thi công công trình thuỷ điện có ý nghĩa khoa học và thực tiễn to lớn vì khi áp dụng công nghệ này chúng ta tiết kiệm được thời gian sản xuất, giảm bớt chi phí, nhân công, khắc phục được những khó khăn về địa hình

- Vì vậy, việc nghiên cứu đề tài: "Ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới khống chế thi công công trình thuỷ điện có chiều cao cột nước lớn"

là rất cần thiết, góp phần giải quyết được những vấn đề khó khăn nêu trên

7 Cấu trúc luận văn

Luận văn bao gồm: Mở đầu, 4 chương, phần kết luận được trình bày trong 94 trang với 31 hình và 17 bảng

Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo PGS.TS Hoàng Xuân Thành Nhân đây, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo hướng dẫn đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi hoàn

thành luận văn này Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Trắc địa công trình, các thầy cô giáo trong khoa Trắc địa trường Đại học Mỏ - Địa chất đã trang bị cho tôi những kiến thức bổ ích, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp

Tôi rất mong được các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp nhận xét, góp ý để kiến thức của tôi được hoàn thiện hơn

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ GPS

1.1.1 Khái quát hệ thống định vị toàn cầu GPS

Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) được bắt đầu triển khai từ những năm 1970 do quân đội Mỹ thực hiện Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống là xác định tọa độ không gian và tốc độ chuyển động của tàu

vũ trụ, máy bay, tàu thủy và các chuyển động trên đất liền, phục vụ cho bộ quốc phòng Mỹ và các cơ quan dân sự của Mỹ Vào đầu thập kỷ 80, hệ thống GPS đã chính thức cho phép sử dụng rộng rãi trên thế giới Từ đó các nhà khoa học của nhiều nước đã nghiên cứu phát triển công nghệ GPS để đạt được những thành quả cao nhất trong việc phát huy nguồn tiềm năng to lớn này

Ở Việt Nam, công nghệ GPS đã có mặt từ đầu những năm 90 của thế kỷ trước, chủ yếu được nghiên cứu ứng dụng để thành lập lưới tọa độ quốc gia và lưới địa chính cơ sở Trong những năm gần đây, công nghệ GPS bắt đầu được nghiên cứu ứng dụng trong một số lĩnh vực của trắc địa công trình

Hệ thống định vị toàn cầu GPS gồm 3 bô phận: Đoạn không gian, đoạn điều khiển và đoạn sử dụng

Khái quát về các bộ phận cấu thành của hệ thống GPS và chức năng của chúng có thể được tóm tắt như sau:

1.1.1.1 Đoạn không gian (Space Segment)

Gồm 24 vệ tinh chuyển động trên 6 mặt phẳng quỹ đạo cách đều nhau

và có góc nghiêng 55o so với mặt phẳng xích đạo của trái đất Quỹ đạo của vệ tinh hầu như là tròn và ở độ cao khoảng 20.180 km Chu kỳ quay của vệ tinh

là 518 phút, như vậy vệ tinh sẽ bay qua đúng điểm cho trước trên mặt đất một ngày một lần

Việc bố trí này nhằm mục đích để sao cho tại mỗi thời điểm và mỗi vị trí trên trái đất máy thu đều có thể quan sát được ít nhất 4 vệ tinh

Mỗi vệ tinh được trang bị máy phát tần số chuẩn nguyên tử có độ chính xác cao cỡ 10-12 Máy phát này tạo ra các tín hiệu tần số cơ sở là 10,23 MHZ,

và từ đây tạo ra các sóng tải tần số L1 = 1575,42 MHZ và L2 = 1227,60 MHZ Người ta sử dụng tần số tải để làm giảm ảnh hưởng của tầng điện ly

Các sóng tải được điều biến bởi 2 loại code là: C/A - code và P - code:

- C/A - code (Coarse/Acquisition code): là code thô, được sử dụng cho

mục đích dân sự và chỉ điều biến sóng tải L1 Code này được tạo bởi một chuỗi các chữ số 0 và 1 được sắp xếp theo quy luật tựa ngẫu nhiên với tần số 1,023 MHZ tức là bằng 1/10 tần số cơ sở và được lặp lại sau mỗi một miligiây Mỗi vệ tinh được gán cho một C/A - code riêng biệt

- P - code (precice code): là code chính xác, được sử dụng cho các mục

đích quân sự, đáp ứng yêu cầu chính xác cao và điều biến cả 2 sóng tải L1 và

L2 Code này được tạo bởi nhiều chuỗi các chữ số 0 và 1 sắp xếp theo quy luật tựa ngẫu nhiên với tần số 10,23 MHZ; độ dài toàn phần của code là 267 ngày, nghĩa là chỉ sau 267 ngày P- code mới lặp lại Tuy vậy, người ta chia code này thành các đoạn có độ dài 5 ngày và gán cho mỗi vệ tinh một trong các đoạn code như thế, cứ sau một tuần lại thay đổi Bằng cách này P - code rất

khó bị giải mã để sử dụng nếu không được phép

Cả hai sóng tải L1 và L2 còn được điều biến bởi các thông tin đạo hàng bao gồm: tọa độ theo thời gian của vệ tinh (ephermeris), thời gian của hệ thống, số hiệu chỉnh cho đồng hồ của vệ tinh, đồ hình phân bố vệ tinh trên bầu trời và tình trạng của hệ thống

Ngoài hai sóng tải L1 và L2 phục vụ mục đích định vị cho người sử dụng (khách hàng), các vệ tinh còn dùng hai sóng tần số 1783,74 MHZ và 2227,5 MHZ để trao đổi thông tin với các trạm điều khiển trên mặt đất

1.1.1.2 Đoạn điều khiển (Control Segment)

Gồm các trạm quan sát trên mặt đất, trong đó có một trạm điều khiển trung tâm đặt tại Colorado Springs (Căn cứ không quân Mỹ); 4 trạm theo dõi đặt tại Hawaii (Thái Bình Dương), Ascension Island (Đại Tây Dương), Diego Garcia (Ấn Độ Dương) và Kwajalein (Tây Thái Bình Dương) tạo thành một vành đai bao quanh trái đất

Các trạm này điều khiển toàn bộ hoạt động và chức năng của các vệ tinh trên cơ sở theo dõi chuyển động quỹ đạo của vệ tinh và hoạt động của đồng hồ trên đó Đồng thời trên mỗi trạm theo dõi đều có các máy thu GPS, cho phép đo khoảng cách, sự thay đổi khoảng cách và các số liệu khí tượng Các số liệu này được gửi tới các trạm trung tâm xử lý, kết quả tính toán là các lịch vệ tinh (Ephemerit) và số cải chính đồng hồ vệ tinh Sau đó các thông tin này được chuyển lên các vệ tinh, từ đó chuyển đến các máy thu của người sử dụng

Như vậy, nhiệm vụ chủ yếu của đoạn điều khiển là rất quan trọng, nó không chỉ điều chỉnh, theo dõi mọi hoạt động của các vệ tinh mà còn liên tục cập nhật các loại thông tin bổ trợ để chính xác hóa các thông tin đạo hàng, đảm bảo độ chính xác khi định vị

1.1.1.3 Đoạn sử dụng (User segment)

Đoạn khai thác sử dụng bao gồm các loại máy thu tín hiệu vệ tinh được đặt trên máy bay, tàu thủy hoặc trên mặt đất, các phần mềm xử lý tín hiệu

vệ tinh

Đoạn sử dụng bao gồm tất cả các máy móc, thiết bị thu nhận thông tin

từ vệ tinh để khai thác sử dụng cho các mục đích và yêu cầu khác nhau cả ở trên không, trên biển và trên đất liền Đó có thể là một máy thu riêng biệt hoạt động độc lập (định vị tuyệt đối) hay một nhóm gồm từ hai máy thu trở lên hoạt động đồng thời theo một lịch trình thời gian nhất định (định vị tương đối) hoặc hoạt động theo chế độ một máy thu đóng vai trò máy chủ phát tín hiệu

vô tuyến để hiệu chỉnh cho các máy thu khác (định vị vi phân)

Các thiết bị thu phục vụ cho công tác trắc địa gồm 2 nhóm máy:

- Các máy thu một tần số (L1);

- Các máy thu hai tần số (L1, L2)

Bảng 1.1: Tính năng kỹ thuật của một số loại máy thu GPS đang được

sử dụng rộng rãi ở Việt Nam

Loại

máy

Hãng sản xuất

Sai số khoảng cách

Tầm hoạt động (Km)

Sai số phương

vị

Loại máy thu

4800LS

Trimble

Mỹ 5mm+0.5ppm ≥10 1"+5/D 2 tần

L1, L2 GPS

Một số loại máy thu GPS hiện đại ở Việt Nam

1.2.1 Định vị tuyệt đối

Trong đo GPS tuyệt đối, người ta sử dụng máy thu GPS để xác định tọa

độ không gian của điểm quan sát trong hệ thống tọa độ WGS - 84 Đó có thể

là các thành phần tọa độ vuông góc không gian (X, Y, Z) hoặc các thành phần tọa độ mặt cầu (B, L, H) Hệ tọa độ WGS - 84 là hệ tọa độ cơ sở của hệ thống GPS, nó được lập gắn với ellipxoid có kích thước như sau:

a = 6378137 m ; 1/α = 298.257223563

Tọa độ của vệ tinh cũng như của điểm quan sát đều được lấy theo hệ thống tọa độ này

Việc đo GPS tuyệt đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đo

là khoảng cách giả từ vệ tinh đến máy thu theo nguyên tắc giao hội không gian từ các điểm đã biết tọa độ là các vệ tinh

Hình 1.3: Định vị tuyệt đối

Như vậy, bằng cách đo khoảng cách giả đồng thời từ 4 vệ tinh đến máy thu ta có thể xác định được tọa độ tuyệt đối của máy, ngoài ra còn xác định được số hiệu chỉnh cho đồng hồ của máy thu Quan sát đồng thời 4 vệ tinh là yêu cầu tối thiểu để xác định tọa độ không gian tuyệt đối của điểm quan sát

1.2.2 Định vị tương đối

Định vị tương đối là phương pháp xác định tọa độ của các điểm so với một điểm khác dựa trên việc đo các thành phần của véc tơ Baseline giữa chúng, bằng cách sử dụng hai máy thu GPS đặt ở hai điểm quan sát khác nhau

để xác định ra hiệu tọa độ vuông góc không gian (∆X, ∆Y, ∆Z) hoặc hiệu tọa

độ mặt cầu (∆B, ∆L, ∆H) giữa chúng trong hệ tọa độ WGS - 84

Nguyên tắc đo GPS tương đối được triển khai trên cơ sở sử dụng đại lượng đo là pha của sóng tải Để đạt được độ chính xác cao khi xác định hiệu tọa độ (hay vị trí tương hỗ) giữa hai điểm xét, người ta đã tạo ra và sử dụng các sai phân khác nhau cho pha sóng tải để làm giảm ảnh hưởng của nhiều nguồn sai số như: sai số của đồng hồ trên vệ tinh và trong máy thu, sai số của tọa độ vệ tinh, số nguyên đa trị

ĐÃ BIẾT TỌA ĐỘ CHƯA BIẾT TỌA ĐỘ

Hình 1.4: Nguyên lý đo tương đối

Việc xử lý các trị đo sai phân cho phép xác định các giá trị thành phần của vector không gian nối 2 điểm đặt máy thu với độ chính xác cao (cỡ cm) Bài toán định vị này được áp dụng trong trắc địa phục vụ đo lưới khống chế

và các công tác đo đạc khác trong hệ tọa độ địa phương bất kỳ

1.3 CÁC NGUỒN SAI SỐ TRONG ĐO GPS VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

Định vị GPS về thực chất được xây dựng trên cơ sở giao hội không gian các khoảng cách đo được từ máy thu đến các vệ tinh có tọa độ đã biết Khoảng cách đo được là hàm của thời gian và tốc độ lan truyền tín hiệu trong không gian giữa vệ tinh và máy thu Vì vậy kết quả đo chịu ảnh hưởng trực

tiếp của các sai số của vệ tinh, của máy thu, của môi trường lan truyền tín hiệu và các nguồn sai số khác

- Vị trí tức thời của vệ tinh chỉ có thể được xác định theo mô hình chuyển động được xây dựng trên cơ sở các số liệu quan sát từ các trạm có độ chính xác cao trên mặt đất thuộc phần điều khiển của hệ thống GPS và đương nhiên có chứa sai số

Cách khắc phục:

Định vị theo phương pháp tương đối giữa hai điểm sẽ loại trừ được đáng kể nguồn sai số này

1.3.2 Các nguồn sai số do môi trường

1.3.2.1 Sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu

Tầng đối lưu được tính từ mặt đất tới độ cao 50 km, tầng điện ly ở độ cao từ 50 km đến 1000 km Do vậy, tín hiệu được phát từ vệ tinh (ở độ cao

20180 km) xuống tới máy thu trên mặt đất phải xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lưu

a) Tầng điện ly

Nguyên nhân:

Ở tầng điện ly, tốc độ lan truyền tín hiệu tăng tỷ lệ thuận với mật độ điện tử tự do và tỷ lệ nghịch với bình phương tần số của tín hiệu, đối với tín hiệu GPS, số hiệu chỉnh khoảng cách theo hướng thiên đỉnh có thể đạt giá trị tối đa là 50 m, theo hướng có góc cao 20o có thể đạt đến 150 m

Cách khắc phục:

Để giảm thiểu sai số do tầng điện ly người ta thường dùng máy thu 2 tần số (dùng mô hình hiệu chỉnh hoặc dùng hiệu các trị đo đồng bộ) Trong trường hợp hai điểm quan sát ở gần nhau thì ảnh hưởng nhiễu phản xạ do hai tần số kết hợp sẽ lớn hơn so với một tần số, vì vậy nên dùng máy một tần số cho trường hợp định vị ở khoảng cách ngắn, với khoảng cách xa nên dùng máy thu hai tần số

Cách khắc phục:

Để giảm thiểu sai số do tầng đối lưu có thể dùng mô hình hiệu chỉnh đưa thêm tham số phụ ước tính ảnh hưởng của tầng đối lưu vào quá trình xử

lý số liệu để tính hoặc dùng hiệu các trị đo đồng bộ, đồng thời quy định góc ngưỡng để quan sát vệ tinh là 15o so với mặt phẳng chân trời

1.3.2.2 Sai số do tầm nhìn vệ tinh và trượt chu kỳ

Nguyên nhân:

Do tán cây hoặc các vật che chắn nên tín hiệu GPS không thể truyền qua được và do tín hiệu thu bị gián đoạn, khi đó có một số chu kỳ không xác định đã trôi qua mà máy thu không đếm được khiến cho số nguyên lần bước sóng thay đổi và làm sai kết quả định vị

Cách khắc phục:

Để thu tín hiệu vệ tinh được trực tiếp và liên tục cần đảm bảo tầm nhìn

vệ tinh luôn thông thoáng Khi tính toán xử lý số liệu GPS có thể dùng sai phân bậc ba để nhận biết và xử lý trượt chu kỳ

1.3.2.3 Sai số do hiện tượng đa tuyến

Hình 1.5: Sai số do hiện tượng đa tuyến

Quãng đường truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu GPS có thể bị nhiễu do một số nguyên nhân như: tín hiệu phản xạ từ các vật khác (kim loại,

bê tông, mặt nước…) ở gần máy thu GPS (hiệu ứng đa đường dẫn), tín hiệu

bị nhiễu do ảnh hưởng của các sóng điện từ khác (khi đặt máy thu ở gần các trạm phát sóng, gần đường dây tải điện cao áp ) Các tín hiệu bị nhiễu nói trên chập với tín hiệu truyền trực tiếp từ vệ tinh đến máy thu sẽ gây ra sai số đối với trị đo

Cách khắc phục:

Để khắc phục sai số do nhiễu tín hiệu, cần phải đặt máy thu cách xa các vật phản xạ tín hiệu hoặc các đối tượng gây nhiễu tín hiệu; không thu tín hiệu khi trời đầy mây, đang mưa, không đặt máy thu dưới các rặng cây

1.3.2.4 Sai số do đồ hình vệ tinh

Nguyên nhân:

Do vị trí của điểm quan sát được xác định bởi phép giao hội khoảng cách từ các vệ tinh, nên độ chính xác của điểm đo phụ thuộc vào các góc giao hội, tức là phụ thuộc vào đồ hình phân bố vệ tinh so với điểm quan sát Sai số

vị trí điểm giao hội lớn hơn sai số của khoảng cách giao hội

Cách khắc phục:

Để có được sai số vị trí điểm quan sát ta phải đem sai số của khoảng cách giao hội nhân với một hệ số lớn hơn 1, hệ số này đặc trưng cho đồ hình giao hội, tức là đồ hình phân bố của vệ tinh so với điểm quan sát và được gọi

là hệ số phân tản độ chính xác (Dilution of Precision - DOP) Như vậy DOP càng nhỏ thì vị trí điểm quan sát được xác định càng chính xác

Hệ số DOP tổng hợp nhất là hệ số phân tản độ chính xác hình học GDOP (Geometric Dilution of Precision) vì nó đặc trưng cho cả 3 thành phần tọa độ không gian X, Y, Z và yếu tố thời gian t

Nếu chỉ quan tâm đến ba thành phần tọa độ của điểm quan sát thì nên dùng hệ số phân tản độ chính xác vị trí (Position Dilution of Precising -

PDOP)

Giá trị DOP sẽ được tính toán cụ thể và công bố cho từng điểm đo Để chọn được trị DOP tối ưu thì khi lập kế hoạch định vị ta cần phải dựa vào lịch

vệ tinh để chọn vệ tinh cho từng điểm máy

Trong thực tế đo đạc GPS thường dùng chỉ tiêu PDOP để đánh giá chất lượng xác định tọa độ điểm quan sát, mối quan hệ giữa giá trị PDOP và chất lượng tọa độ điểm quan sát được định ra trong bảng 1.2 [10]

Bảng 1.2: Quan hệ giữa PDOP và chất lượng tọa độ điểm quan sát

1.3.2.5 Sai số do người đo

Nguyên nhân: Các sai số do người đo có thể phạm phải trong quá trình

đo GPS như:

- Việc dọi điểm, định tâm chưa tốt

- Nhầm lẫn tên điểm đo

- Nhầm lẫn khi đo chiều cao anten của máy thu …vv

Cách khắc phục:

Khi đo đạc ngoại nghiệp cần phải tuân thủ chặt chẽ quy định đo đạc ngoài thực địa, kiểm tra cẩn thận trước khi thu tín hiệu, ghi chép sổ sách rõ ràng để dễ tìm ra nguyên nhân khi phát hiện có sai sót

1.4 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG TRẮC ĐỊA

Việc xác định vị trí điểm bằng công nghệ định vị vệ tinh có những ưu điểm rõ rệt so với khi sử dụng các phép đo mặt đất truyền thống, đặc biệt là trong công tác đo đạc lưới trắc địa mặt bằng Hệ thống định vị toàn cầu cho phép xác định các yếu tố của lưới với độ chính xác rất cao, nhất là vị trí tương

hỗ giữa các điểm mà không phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng Chính vì vậy việc phân cấp hạng các mạng lưới trắc địa và xây dựng chúng theo nguyên tắc từ tổng quát tới chi tiết không còn là vấn đề cần thiết và bắt buộc nữa Bên cạnh đó hệ thống không đòi hỏi sự thông hướng giữa các điểm đo, công tác đo đạc có thể tiến hành trong mọi điều kiện của thời gian và thời tiết Thời gian đo trên mỗi điểm thường không quá 2÷3h, tùy thuộc vào khoảng cách đo Có thể khẳng định rằng, công nghệ đinh vị vệ tinh đã tạo ra một cuộc cách mạng sâu sắc trong lĩnh vực Trắc địa – Bản đồ và còn hàm chứa nhiều khả năng tiềm ẩn cần được khai thác

1.4.1 Ứng dụng GPS trong thành lập lưới trắc địa

Ưu điểm chủ yếu và quan trọng nhất của công nghệ GPS là khả năng xác định các vector cạnh giữa các điểm quan sát với độ chính xác cao mà không cần tầm thông hướng mặt đất Công nghệ GPS đã được kết hợp với các phương pháp đo cạnh dài khác để xây dựng khung tọa độ Trái Đất quốc tế (ITRF) và khung tọa độ Châu Âu (EUREF)

Ở Việt Nam, việc khai thác sử dụng GPS mới chỉ triển khai từ đầu những năm 90 của thế kỷ trước Từ tháng 12-1991 đến tháng 4-1993, Cục đo đạc Bản đồ Nhà nước – Bộ tài nguyên & Môi trường đã xây dựng mạng lưới Nhà nước khu vực Minh Hải, Sông Bé và Tây Nguyên bằng công nghệ GPS với 117 điểm phủ đều khắp khu vực Xây dựng mạng lưới trên quần đảo Trường Sa, đồng thời đo nối lưới này với các đảo khác và mạng lưới trên đất liền tạo thành mạng lưới trắc địa biển Việt Nam, góp phần xây dựng cơ sở dữ

liệu hình thành hệ quy chiếu VN2000

1.4.2 Ứng dụng GPS trong thành lập bản đồ

GPS cũng được ứng dụng rộng rãi trong công tác đo vẽ chi tiết như thành lập lưới khống chế cơ sở, lưới khống chế đo vẽ và đo vẽ chi tiết dịa hình Với các chế độ đo động, công nghệ định vị được sử dụng như là các trạm đo vẽ chi tiết bằng các máy toàn đạc điện tử Ưu điểm nổi trội nhất của phương pháp là không cần thông hướng ngắm Ngoài ra các máy thu GPS có thể được sử dụng để xác định tọa độ, độ cao của điểm địa hình để thành lập

mô hình số địa hình (DEM)

Đặc biệt trong công tác hiện chỉnh bản đồ, công nghệ GPS được sử dụng rất thuận lợi để hiện chỉnh nội dung của bản đồ như bổ sung các địa vật, địa hình

1.4.3 Ứng dụng GPS trong nghiên cứu địa động

Hiện nay công nghệ đinh vị vệ tinh đã được ứng dụng trong nghiên cứu dịch chuyển vỏ Trái Đất trên phạm vi rộng lớn với khoảng cách từ vài chục tới hàng trăm km Bằng phương pháp đo tương đối xác định gia số tọa độ không gian trong hệ thống tọa độ địa tâm, người ta có thể xác định vị trí tương hỗ giữa các điểm với độ chính xác cỡ vài ba cm trên khoảng cách hàng trăm km

Ở Việt Nam công nghệ GPS cũng đã được ứng dụng đo đạc các mạng lưới nghiên cứu địa động và tham gia với các nước trong khu vực đo đạc và nghiên cứu dịch chuyển vỏ Trái Đất

1.4.4 Ứng dụng GPS trong trắc địa công trình

Công nghệ GPS đã được ứng dụng rộng rãi trong việc lập lưới khống chế mặt bằng cơ sở, lưới thi công công trình, lưới quan trắc chuyển dịch ngang công trình, đo vẽ thành lập mặt cắt, chuyển trục công trình lên cao Các dạng công tác trắc địa công trình thường có khoảng cách đo không quá dài,

chiều dài thường chỉ vài ba trăm met, hoặc dưới 1 km nhưng yêu cầu đo với

độ chính xác cao Trong phép đo tương đối khá nhiều loại sai số được giảm thiểu, do vậy độ chính xác đo cạnh đạt rất cao Với chiều dài cạnh dưới 1 km, hầu như đã loại bỏ được ảnh hưởng sai số của tầng điện ly và tầng đối lưu của khí quyển

1.4.4.1 Thành lập các mạng lưới cơ sở trắc địa công trình và lưới thi công công trình

Lưới cơ sở trắc địa công trình là dạng lưới độc lập trên các mặt bằng

công trình có diện tích lớn, có nhiều hạng mục công trình liên kết với nhau theo dây chuyền chặt chẽ Mạng lưới này là cơ sở để liên kết các cụm công trình trong một hệ tọa độ thống nhất

Để đo nối lưới cơ sở trắc địa công trình với hệ tọa độ Nhà nước, phải

đo nối đến ít nhất 1 điểm trong hệ tọa độ Nhà nước

Một đặc điểm chung của lưới trắc địa công trình là chiều dài cạnh trong lưới thường ngắn và có yêu cầu về độ chính xác tương hỗ vị trí điểm khá cao Thông thường, lưới cơ sở trắc địa công trình có chiều dài cạnh từ 1 km đến 5

km, trong trường hợp đo nối có thể cho phép chiều dài đến 10 km Với chiều dài ngắn như vậy có thể sử dụng máy thu 1 tần số để đo cạnh Phương pháp

đo tĩnh và tĩnh nhanh được sử dụng để đo lưới trắc địa công trình Trong một

số trường hợp có thể kết hợp công nghệ GPS và toàn đạc điện tử để đo lưới trắc địa công trình

Độ chính xác của mạng lưới cơ sở trắc địa công trình phụ thuộc vào tính chất, đặc điểm và yêu cầu riêng của từng công trình Có loại công trình

có độ chính xác rất cao (như nhà máy gia tốc hạt), có loại công trình có độ chính xác trung bình (như các khu công nghiệp cơ khí, chế tạo máy, …) và có loại có độ chính xác thấp (như các khu công nghiệp khai thác, chế biến thực phẩm …)

Tùy thuộc vào diện tích khu vực cần lập lưới mà ta quyết định hình dạng và kết cấu lưới Các điểm của lưới cần bố trí ở những nơi thông thoáng, không bị cản trở cho việc thu tín hiệu từ vệ tinh Lưới cơ sở trắc địa công trình phải được đo nối độ cao với hệ thống độ cao Nhà nước bằng thủy chuẩn hình học

Lưới thi công công trình công nghiệp trước đây thường được lập dưới

dạng lưới ô vuông xây dựng với các góc đúng bằng 900 và các cạnh đúng theo các chuẩn mực cho trước Nhờ sự phát triển của kỹ thuật tính toán xử lý và kỹ thuật đo dài điện tử, hình thức lưới ô vuông ít được sử dụng Thay vào đó người ta có thể xây dựng các mạng thi công đo góc – cạnh có hình dạng linh hoạt phù hợp với mặt bằng khu công nghiệp

Theo kết quả nghiên cứu và thực nghiệm cho thấy có thể sử dụng GPS

để đo các mạng lưới thi công với chiều dài các cạnh từ 100 m đến 1000 m Khi đo cạnh với khoảng cách ngắn cần lưu ý đến sai số định tâm và đo cao anten máy thu GPS Sử dụng GPS để lập các mạng lưới thi công công trình thì không cần thiết phải lập lưới trắc địa cơ sở nếu như gần khu công nghiệp (không lớn) và đã có ít nhất một điểm tọa độ Nhà nước Lưới thi công có thể xây dựng ở dạng lưới tam giác và cũng cho phép xây dựng ở dạng lưới đa giác Cho phép sử dụng máy thu 1 tần số để đo

Khi xây dựng các công trình cao, có thể sử dụng GPS để lập lưới chuyển trục công trình lên cao Để chuyển trục công trình lên cao thường sử dụng dụng cụ chiếu đứng, tuy vậy phải để lỗ thủng trên các mặt bằng sàn Cũng có thể chuyển trục bằng giao hội góc hoặc sử dụng bằng phương pháp tọa độ thực hiện bằng máy toàn đạc điện tử Các phương pháp này cần phải có mặt bằng rộng đồng thời chịu ảnh hưởng của trục đứng khi góc nghiêng lớn

Với độ chính xác cao trong đo GPS cạnh ngắn, có thể sử dụng GPS để chuyển trục theo phương pháp tọa độ - hoàn nguyên

1.4.4.2 Đo các mạng lưới quan trắc biến dạng và chuyển dịch công trình

Trong các dạng đo đạc, thì đo biến dạng công trình đòi hỏi yêu cầu độ chính xác cao nhất Mức độ tin cậy của số liệu đo biến dạng, chuyển dịch phụ thuộc vào độ chính xác đo và phương pháp xử lý số liệu đo

Qua nghiên cứu và thực nghiệm, cho thấy có thể sử dụng GPS vào quan trắc chuyển vị ngang các công trình Vấn đề quan trắc chuyển dịch thẳng đứng (lún) còn bị hạn chế do độ chính xác về độ cao

Trong điều kiện thực tế ở nước ta, việc khai thác lịch vệ tinh chính xác chưa phổ biến do những khó khăn khách quan, thêm vào đó một số phần mềm mạnh cũng chưa phổ biến ở Việt Nam Trong điều kiện như vậy, chúng ta đã

đo GPS cạnh ngắn đạt tới độ chính xác cỡ 2 ÷ 3 mm nếu loại bỏ được sai số định tâm anten máy thu Trên cơ sở này GPS vẫn có thể giúp ta theo dõi phát hiện chuyển dịch và biến dạng công trình với giá trị lớn cỡ hai lần sai số đo tức là có giá trị chuyển dịch, biến dạng nhỏ nhất cỡ 4 hoặc 6 mm

Chương 2 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG THÀNH LẬP

LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN

CÓ CHIỀU CAO CỘT NƯỚC LỚN

2.1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC CỦA CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN CÓ CHIỀU CAO CỘT NƯỚC LỚN

Các công trình thuỷ điện thường là các công trình trọng điểm của Quốc gia, có số vốn đầu tư lớn, thời gian chuẩn bị và thi công kéo dài nhiều năm với rất nhiều hạng mục, cấu trúc phức tạp, đa dạng cần phải có sự tham gia của nhiều ngành khoa học kỹ thuật với trình độ cao Công trình thuỷ điện có ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế - xã hội và môi trường của vùng và cả nước

Hình 2.1: Toàn cảnh công trình thủy điện

Các công trình thủy điện được phân loại như sau:

- Nhà máy sau đập: các nhà máy kiểu này có đập được xây dựng ở gần nhà máy như: thủy điện Hòa Bình, thủy điện Sơn La, thủy điện Thác Bà…

- Nhà máy đường dẫn: nhà máy thủy điện được xây dựng theo phương pháp này thì đập được bố trí xây dựng cách xa nhà máy, nước được dẫn qua ống dẫn vào nhà máy

Công trình thủy điện có chiều cao cột nước lớn thường là những công trình nhà máy đường dẫn Những công trình này đã tận dụng chênh cao cột nước từ đập đến nhà máy để tạo ra công suất cho nhà máy như: nhà máy thủy điện A Lưới (cột nước chênh cao 450 m), nhà máy thủy điện A Vương (cột nước chênh cao 344 m), nhà máy thủy điện Đa Nhim (cột nước chênh cao 800 m), công trình thủy điện Séo Chong Hô (cột nước chênh cao là 833 m)

Hình 2.2: Công trình thủy điện Đa Nhim

Cấu trúc của công trình thuỷ điện có chiều cao cột nước lớn cơ bản có những hạng mục chính là: hồ chứa nước, công trình chính và công trình phụ trợ

2.1.1 Hồ chứa nước

Hồ chứa nước được hình thành do việc ngăn sông đắp đập, lượng nước trong hồ chứa phục vụ cho nhà máy thuỷ điện Các thông số hồ chứa bao gồm: diện tích lưu vực, dung tích hồ, mức nước dâng bình thường, mức nước chết, mức nước gia cường Hồ chứa nước gây ngập lụt ảnh hưởng đến môi trường trong khu vực, vì vậy các cơ quan phải đưa ra nhiều phương án mức nước dâng khác nhau để so chạn nhằm giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực của hồ chứa tới môi trường và đảm bảo an toàn cho vùng hạ lưu

Hình 2.3: Hồ chứa thủy điện Sơn La

đổ, đập bê tông bản mặt, đập bê tông đầm lăn, đập bê tông thường Đập tràn gồm có tràn tự do và tràn có điều khiển đóng mở bằng cáp hay thuỷ lực

Hình 2.4: Công trình đầu mối thủy điện A Lưới

- Cụm công trình tuyến năng lượng gồm: kênh dẫn, đường hầm dẫn nước, tuyến áp lực, nhà máy thuỷ điện, kênh xả sau nhà máy Trong cụm công trình này các hạng mục: đường hầm, đường ống áp lực và nhà máy là quan trọng, khó thiết kế thi công nhất và phải sử dụng các thiết bị thi công đắt tiền Các thiết bị lắp đặt như đường ống thép chịu áp lực cao, các tổ máy phát điện hiện nay phải nhập của các hãng chế tạo nước ngoài

Hình 2.5: Công trình thủy điện A Vương

2.1.3 Công trình phụ trợ

Hạng mục này gồm có hai nhóm công trình chủ yếu là:

- Các công trình phụ trợ phục vụ cho thi công và vận hành như: hệ thống điện, hệ thống nước, nhà xưởng, kho vật tư thiết bị, bãi để nguyên vật liệu cùng các công trình khác như giao thông, thông tin liên lạc

- Các công trình phục vụ cho công tác và sinh hoạt của cán bộ công nhân như: nhà quản lý vận hành, văn phòng, nhà ở, bệnh viện, nhà văn hoá 2.2 YÊU CẦU ĐỘ CHÍNH XÁC BỐ TRÍ CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN

Công tác đưa tim các trục chính (tim tuyến) công trình từ bản vẽ thiết

kế ra thực địa là nhiệm vụ của tổ chức thiết kế Các điểm tim tuyến công trình chỉ được đo đạc định vị thực địa khi có cơ sở gốc là các điểm lưới tam giác thủy công Số lượng các điểm tim tuyến do chủ nhiệm đề án yêu cầu, có tham khảo ý kiến của kĩ sư chính và chủ nhiệm địa hình công trình

Trong công tác định vị tim các trục chính thì việc bố trí tim các tuyến đập dâng, đập tràn có yêu cầu độ chính xác cao nhất (bảng 2.1) với sai số tuyến theo chiều dọc: , chiều ngang: Từ đó tính được sai số vị trí điểm theo công thức:

x

2 2

y x

Độ chính xác của các điểm tim tuyến phụ thuộc vào 2 yếu tố là sai số

số liệu gốc: (sai số của các điểm tam giác thủy công) và sai số bố trí đo đạc: Do vậy có thể viết:

d g

Vì các điểm của lưới tam giác thủy công được sử dụng làm cơ sở công tác đo đạc và định vị nên ta có thể biểu diễn mối quan hệ giữa và thông qua hệ số giảm độ chính xác

g

m m d

Gọi K là hệ số suy giảm độ chính xác, mối quan hệ được biểu diễn

P g

m m

K

=

Như vậy, độ chính xác của lưới phải thỏa mãn công thức (2.3)

Tổng công ty Điện lực Việt Nam đã đưa ra yêu cầu độ chính xác công

tác đưa tim tuyến các hạng mục công trình thủy điện như sau [14]

Bảng 2.1: Yêu cầu độ chính xác bố trí các hạng mục công trình thủy điện

Sai số bố trí (cm) Hạng mục công trình Chiều

dọc

Chiều ngang

Sai số vị trí điểm bố trí (cm)

2.3 ỨNG DỤNG GPS ĐỂ THÀNH LẬP LƯỚI THI CÔNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN

2.3.1 Đặc điểm và phân cấp lưới khống chế thi công công trình thủy điện

2.3.1.1 Đặc điểm lưới khống chế thi công

Là mạng lưới chuyên dùng được thành lập trong giai đoạn thi công nhằm bảo đảm độ chính xác bố trí tổng thể, bố trí chi tiết và đo vẽ hoàn công các hạng mục cũng như quan trắc chuyển dịch, biến dạng công trình trong giai đoạn thi công Trong xây dựng thuỷ điện, mạng lưới này được sử dụng để thi công các công trình thuỷ công nên còn được gọi là lưới tam giác thuỷ công

Lưới tam giác thuỷ công là cơ sở để đưa tim mốc các hạng mục công trình ra thực địa và phục vụ công tác lắp đặt thiết bị, máy móc công trình Vì vậy mạng lưới cần phải có độ chính xác cao, các điểm lưới được đặt tại vị trí

ổn định và tồn tại lâu dài trong suốt quá trình thi công công trình

Đặc điểm của lưới thi công công trình thủy điện là lưới cạnh ngắn (0.2 -

1.5 km) Xu hướng chính trong thành lập lưới khống thi công công trình thuỷ điện là các điểm mốc được bố trí gần các trục cơ bản của công trình, nếu có thể thì một cạnh gần trùng với trục đập Hình dạng lưới phụ thuộc vào chiều dài, hình dạng của đập, vị trí thiết kế các hạng mục công trình Lưới thường được bố trí dọc theo hai bên bờ sông, ở nơi có địa hình phức tạp, có rừng núi hiểm trở, điều kiện thông hướng khó khăn, chênh cao địa hình lớn Do mạng lưới khống chế thi công công trình thủy điện được thiết kế trên nền bản đồ địa hình đã có cho nên mạng lưới đó phải thỏa mãn:

- Kích thước của mạng lưới khống chế thi công phải được thiết kế và xây dựng thật phù hợp với kích thước thực tế và các đặc thù riêng của từng công trình thủy điện

- Hệ tọa độ của mạng lưới khống chế thi công phải phù hợp với hệ tọa

độ đã dùng trong các giai đoạn thiết kế trước

2.3.1.2 Phân cấp lưới khống chế thi công

Việc lựa chọn cấp hạng lưới khống chế thi công công trình thủy điện phụ thuộc chính vào cấp thiết kế công trình, ngoài ra phải xét đến tính phức tạp của công trình, các hạng mục công trình phân tán hay tập trung, mức độ khó khăn của địa hình để phân chia cấp hạng lưới thi công để đảm bảo độ chính xác cần thiết cho công trình

Bảng 2.2: Phân cấp lưới khống chế thi công công trình thủy điện

Cấp thiết kế

của công trình

Công suất nhà máy điện (MW)

Cấp hạng lưới khống chế thi

S.S.T.P

đo góc (“)

Sai số khép tam giác (“)

Sai số chiều dài cạnh yếu nhất (

2.3.2 Kết cấu và phân bố mốc lưới khống chế thi công

2.3.2.1 Kết cấu mốc lưới khống chế thi công

Mốc khống chế của lưới tam giác thủy công được thiết kế là mốc hình trụ bền vững, việc thi công xây dựng các mốc này phải hoàn toàn tuân thủ tiêu chuẩn kỹ thuật trong bản vẽ kết cấu do Tổng công ty Điện lực Việt Nam thiết

kế và quy định Mốc được thiết kế gồm 3 phần:

- Phần đế: Chôn chìm dưới mặt đất được đúc bằng bê tông có kích thước: 1m x 1m x 1m

- Phần thân: Nổi trên mặt đất được làm bằng ống thép (Φ220mm) dài 0.5m, được nối với khối bê tông dưới đất bằng 4 đoạn thép Φ20mm Bao quanh bên ngoài là một lớp bê tông dày 5cm

- Mặt mốc: Được thiết kế định tâm bắt buộc để đặt máy và bảng ngắm nhằm giảm sai số định tâm

èng tho¸t nø¬c PVC Φ 40

1000

230 400

Lç h×nh c«n trªn Φ 16 dø¬i Φ 18

55 110

1670

110 55 2000

Hình 2.7: Ảnh mốc lưới khống chế thi công thủy điện

Mốc được bảo vệ bởi tường xây bằng gạch hoặc hàng rào thép chắc chắn, cao khoảng 0.5m để chống va quệt của các phương tiện thi công

Việc hoàn thiện mốc, xây tường rào, đào rãnh thoát nước được tiến hành đảm bảo kỹ thuật, mỹ thuật Các mốc lưới khống chế thi công đều được sơn 2 màu trắng, đỏ để dễ nhận biết từ xa Tất cả các đường lên mốc đều được

đào bậc để đi lại được dễ dàng thuận lợi

2.3.2.2 Phân bố mốc khống chế thi công

Mốc phải được bố trí ở những nơi có tầm bao quát lớn, thuận tiện cho công tác bố trí các hạng mục công trình, chọn trên nền đất ổn định ngoài khu vực đào đắp của công trình, tránh khu vực lún, trượt lở…

Tại các hạng mục công trình thủy điện đòi hỏi độ chính xác rất cao như: đập bê tông, đập tràn, đường hầm, nhà máy nên bố trí mốc có mật độ dày hơn và vị trí mốc được đặt sao cho đồ hình bố trí tim, trục công trình đạt được tiêu chuẩn tối ưu về độ chính xác, đồng thời phải đảm bảo thuận tiện cho công

tác đo đạc Nếu điều kiện địa hình cho phép thì các mốc nên đặt sao cho các cạnh của lưới gần trùng với trục của các hạng mục quan trọng

2.3.3 Liên kết đồ hình lưới GPS

Trong quá trình thiết kế đồ hình lưới cần chú ý đến các yếu tố sau:

- Điều kiện địa hình, địa vật tại khu vực công trình;

- Tùy theo kiểu công trình xây dựng: công trình đường hầm có thể phải chọn đồ hình đường chuyền, công trình thủy điện: đồ hình tam giác, khu công nghiệp: đồ hình tứ giác và tam giác kết hợp… Đồ hình lưới tối ưu cần đạt các tiêu chí:

● Số ca đo (Session) là ít nhất, số cạnh đo được trong một ca đo là nhiều nhất;

● Số cạnh đo trong lưới ít nhất và lưới vẫn đạt độ chính xác theo yêu cầu;

● Các điểm gốc khống chế phân bố đều về các phía khác nhau của lưới

Vị trí điểm và đồ hình lưới GPS được thiết kế linh hoạt hơn so với lưới mặt đất do thường không cần thông hướng giữa các điểm lưới Khi thiết kế đồ hình lưới, căn cứ vào mục đích sử dụng, thông thường có 4 phương thức cơ bản thành lập lưới.: liên kết điểm, liên kết cạnh, liên kết lưới, liên kết hỗ trợ cạnh - điểm Ngoài ra còn có liên kết hình sao, liên kết đường chuyền phù hợp, liên kết chuỗi tam giác Lựa chọn phương thức nào là tùy thuộc độ chính xác yêu cầu của công trình, điều kiện bên ngoài thực địa và số lượng máy thu GPS

2.3.3.1 Liên kết điểm

Là dạng liên kết các vòng đo đồng bộ kề nhau bởi một điểm chung Phương thức liên kết này có cường độ đồ hình yếu, có rất ít điều kiện khép hình không đồng bộ

2.3.3.2 Liên kết cạnh

Là dạng liên kết giữa các vòng đo đồng bộ kề nhau bởi một cạnh chung Phương thức liên kết này có nhiều cạnh đo lặp, nhiều điều kiện khép hình không đồng bộ và cường độ đồ hình chặt chẽ

Hình 2.9: Liên kết cạnh Hình 2.8: Liên kết điểm

2.3.2.3 Liên kết lưới

Là dạng liên kết giữa các đồ hình đo đồng bộ bởi hai điểm chung trở lên Lưới được thành lập theo phương thức này có cường độ đồ hình và độ tin cậy cao

2.3.2.4 Liên kết hỗn hợp cạnh - điểm

Phương thức liên kết này cho phép đảm bảo cường độ đồ hình, độ tin cậy của lưới và giảm khối lượng công tác ngoại nghiệp

Hình 2.10: Liên kết cạnh - điểm